Bosone di Higgs, perché così importante? Né massa, né uomo esisterebbero senza

ROMA – Il mondo della fisica sembra aver trovato il suo “Dio“. Il bosone di Higgs è stato osservato, senza di lui l’universo non esisterebbe così come lo conosciamo. Senza il bosone di Higgs, che completa il “puzzle” delle particelle elementari del Modello Standard, quel modello che elenca tutte le particelle elementari che costituiscono gli atomi, oggi non esisterebbe la materia, la Terra e la stessa umanità. La sua osservazione apre le porte ad un nuovo capitolo della fisica delle particelle e della comprensione del mondo così come lo conosciamo.

Gli esperimenti Atlas e Cms hanno lavorato dal 2009 nei laboratori del Cern, facendo scontrare protoni all’interno dell’acceleratore più grande del mondo, il Large Hadron Collider, Lhc, un tunnel di 27 chilometri tra la Francia e la Svizzera.

All’interno di Lhc i protoni vengono accelerati a velocità dell’ordine di grandezza di quella della luce fino allo scontro, quando energie fino a 8 Teraelettronvolt, un numero seguito da 12 zeri, vengono rilasciate e permettono di osservare altre particelle, tra cui il tanto cercato bosone di Higgs.

Prima di Atlas e Cms altri avevano tentato l’impresa. Nei laboratori del Fermilab di Chicago esperimenti sono stati eseguiti nel Tevatron, un accelaratore di particelle, ma i suoi risultati non erano stati così soddisfacenti. Atlas e Cms parlano di 99,999% di “sicurezza” sulla misura eseguita. Sfiorano quasi il 100% di possibilità che quanto osservato sia il tanto cercato bosone di Higgs. Il Tevatron si fermò al 95%, un valore che nel mondo della scienza è troppo vago per gridare alla scoperta.

L’osservazione del bosone non è stata facile. Da quando 48 anni fa il fisico inglese Peter Higgs ne ipotizzò l’esistenza la ricerca non è mai finita. La caccia alle prove che confermassero quel Modello standard, che completassero il “puzzle” dei componenti della materia, ha richiesto anni, fatica e investimenti da quasi 9 miliardi di euro tra il 2009 ed il 2012.

Soldi, sudore e sangue di quanti si sono dedicati alla causa, alla pura ricerca scientifica. Di quanti hanno tentato di svelare i segreti del mondo fisico, a cui a volte l’uomo dimentica di appartenere. Lacrime di gioia e commozione, nemmeno quelle sono mancate nella strada che a portato alla scoperta del bosone. Lacrime per Peter Higgs, il “papà” di questa particella, che ha avuto l’onore più grande che uno scienziato possa avere: trovare le prove che ciò che l’intuito ed il ragionamento avevano disegnato nella teoria, esiste nella pratica. Che il lavoro di anni di studi ed ipotesi, non era solo un sogno, ma la realtà.

Tutto questo è racchiuso in una particella che ha una massa tra i 125 ed i 126 gigaelettronvolt, GeV, unità di misura che vale miliardi di elettronvolt. Particella la cui massa, per fare un confronto con dimensioni a prova di uomo, è grande appena 126 volte in più di un protone, la cui massa vale un miliardesimo di miliardesi di miliardesimo di chilogrammi ( un numero decimale con 27 zeri dopo la virgola).

Una particella tanto piccola, ma che comporta implicazioni grandissime e completa la teoria delle particelle che il Modello standard definisce. Spiega come la massa esista e in questo modo spiega, fisicamente, la possibilità della nostra esistenza.

PERCHE’ ESISTE LA MASSA? – Nella teoria del Modello standard non era possibile spiegare perché le particelle avessero una massa. Fu solo nel 1964 che Higgs ipotizzò la presenza di un campo, il campo di Higgs, che permea l’universo.

Immaginate di essere immersi in un liquido, ad esempio nell’acqua di una piscina, quello è il campo di Higgs. Ogni spostamento nell’acqua creerà delle increspature nel liquido, increspature attorno al quale ci sarà un addensamento. Quelle increspature sono il bosone di Higgs, che aggruma la massa. I grumi che si formano sono le particelle elementari come protoni, neutroni ed elettroni che formano gli atomi. Gli atomi la materia e la materia l’universo.

Dunque il bosone di Higgs è la particella che “spiega” perché nel mondo esiste la massa, quella massa che crea il campo gravitazionale caro alle leggende sulla mela di Isaac Newton ed agli esperimenti della fisica classica sulla gravità di Galileo Galilei.

L’IDENTIKIT – Ma “chi” è questa particella che l’astrofisica Margherita Hack definisce “il mio dio”? Il bosone di Higgs è una particella massiva. Sia Cms, Compact Muon Solenoid, che Atlas, i due esperimenti del Cern, hanno osservato una particella con massa compresa tra 125 e 126 Gev, cioè miliardi di elettronvolt.

La teoria prevedeva che un buon candidato per il bosone di Higgs fosse una particella tra i 120 ed i 200 gigaelettronvolt di massa. Gli esperimenti del Tevatron hanno permesso di escludere che la particella cercata avesse una massa tra i 170 ed i 200 gigaelettronvolt. E solo procedendo con gli esperimenti è stato possibile definirne un valore più preciso, ma che potrebbe essere ancora migliorato.

Joe Incandela, portavoce di Cms, ha dichiarato: “I risultati sono preliminari, ma il segnale di 125 GeV con 5 deviazioni standard – la deviazione standard è un indice statistico di dispersione del valore intorno alla misura, ovvero di tutti i valori come 125,1 o 124,9 che portano in media al valore più probabile – è sensazionale. Questa è davvero una nuova particella. Sappiamo che deve essere un bosone ed è il più pesante bosone mai trovato. Le implicazioni sono decisamente significative ed è per questa ragione che dobbiamo essere estremamente diligenti in tutti i nostri studi e nei controlli incrociati”.

Fabiola Giannotti, portavoce di Atlas, ha detto: “La ricerca oggi è molto più avanti di quanto fosse possibile immaginare. Abbiamo osservato nei nostri dati chiari segni di una nuova particella, al livello di 5 deviazioni standard, nella regione di massa di circa 126 GeV. Le eccezionali prestazioni del Lhc e Atlas e gli enormi sforzi di molte persone ci hanno portato a questa fase entusiasmante. Un poi di tempo in più sarà necessario per finalizzare questi risultati. Altri dati e studi saranno necessari per determinare le proprietà della nuova particella”.

L’UNIVERSO? E’ METASTABILE – Il bosone di Higgs non apre solo alla comprensione del mondo della fisica delle particelle, cioè “dell’infinitamente piccolo”, ma anche alla comprensione dell’universo. Tre modelli di stabilità dell’universo sono stati ipotizzati, ed il parametro che permette di sapere quale sia quello più probabile è proprio la massa del bosone di Higgs.

L’universo infatti può essere stabile, metastabile o instabile. Se la massa fosse inferiore ai 120 GeV allora l’universo non dovrebbe esistere. Questa la “sentenza” prevista dal Modello standard, perché per tale valore di massa l’universo avrebbe la forma di un infinito precipizio. In un universo instabile sarebbe impossibile trovare un equilibrio e l’universo stesso non avrebbe modo di esistere nel tempo e nello spazio.

Un bosone di Higgs la cui massa fosse tra i 120 ed i 126 GeV invece si troverebbe in una condizione metastabile nel tempo, cioè che persisterebbe fino al giorno della rottura dell’equilibrio, con tutte le conseguenze del caso. Una massa superiore ai 126 GeV invece indica un universo stabile, il cui equilibrio non potrà essere alterato nel tempo.

La massa osservata per il bosone di Higgs tra i 125 ed i 126 GeV ci permette di dormire sogni tranquilli. I ricercatori che hannpo presentato i risultati hanno sottolineato come il nostro universo sia a cavallo tra una la stabilità e la metastabilità. Il precipizio in cui cadere è ben lontano, avremo ancora qualche miliardo di anni per studiare i segreti del mondo in cui viviamo.

HIGGS ESISTE. E ORA? – Sapere che la terra non crollerà sotto i nostri piedi potrà essere un buon punto di partenza. La prospettiva per questa scoperta è quella di effettuare nuove misure e analizzare nuovi dati, che permettano di ottenerne valori sempre più precisi e maggiori conferme.

Perché se la storia dei neutrini più veloci della luce insegna che in esperimenti molto delicati, anche il minimo dettaglio può comportare grandi errori, la ricerca e l’attenzione su questo tipo di scoperte non è mai abbastanza.

Stavolta, dati alla mano, sembra però che la fisica ce l’abbia fatta. Dopo anni di lavoro l’annuncio è giunto. Higgs esiste. Lo abbiamo osservato. Una teoria che trova conferma, quasi un sogno che diventa realtà. E soddisfazione, tanta. Forse non tutti capiremo a fondo l’importanza di questa scoperta, né tantomeno le sue implicazioni e applicazioni. Ma un passo in più verso la conoscenza è stato fatto. E questa non è mai una sconfitta, ma solo un nuovo traguardo raggiunto.