[14/12/2011] News
L'eccellenza dei fisici italiani alla prova del bosone di Higgs
Abbiamo trovato, forse, il «bosone di Higgs». L'unica preda, prevista dal Modello standard delle alte energie, che ancora sfuggiva alla cattura dei "cacciatori di particelle". Sotto i riflettori dei media di tutto il mondo, ne hanno dato notizia ieri, al Cern di Ginevra, Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, che dirigono rispettivamente gli esperimenti ATLAS e CMS sulla macchina più potente mai costruita dall'uomo: il Large Hadron Collider, LHC.
L'acceleratore - una macchina molto sofisticata che ha una circonferenza di 27 chilometri ed è adagiato nel sottosuolo di Ginevra, a cavallo del confine con la Francia - fa sbattere l'uno contro l'altro fasci di protoni accelerati a velocità molto prossime a quelle della luce, raggiungendo livelli di energia da cui emergono le particelle più fondamentali e primordiali dell'universo.
Con questa macchina, in due anni di lavoro - hanno detto i due italiani - abbiamo raccolto una massa sufficiente di dati compatibili con la presenza del «bosone di Higgs» in una regione di massa compresa tra 124 e 126 GeV (miliardi di elettronvolt) e, dunque, pari a 120 volte la massa del protone.
Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, solidali col direttore del CERN, mettono le mani avanti: attenzione i dati non provano in maniera definitiva l'esistenza del bosone. Abbiamo solo forti indizi della sua presenza. E sappiamo anche che, nel giro di pochi mesi, potremo sciogliere la riserva.
La prudenza è d'obbligo. Se il bosone è stato trovato ed è lì, quella dei gruppi di Gianotti e Tonelli sarebbe una delle più importanti scoperte in fisica degli ultimi decenni.
Il motivo è molto semplice: il bosone - che Leo Lederman ha ribattezzato "la particella di Dio" - chiude un cerchio teorico, quello del Modello Standard, ed è una nuova dimostrazione della "potenza della teoria". Tutto ha inizio nei primi anni '60, quando Murray Gell-Mann e uno stuolo di altri fisici teorici, utilizzando regole di simmetria, mettono a punto la cromodinamica quantistica (QCD), una teoria di campo capace di spiegare l'interazione forte, ovvero l'interazione che tiene unite particelle con la medesima carica elettrica, i protoni, nei nuclei degli atomi malgrado la forza di repulsione elettromagnetica.
La teoria prevede che i protoni, ma anche altre particelle come i neutroni (che fanno compagnia ai protoni nei nuclei atomici) e i mesoni, siano particelle "composte", costituite da particelle ancora più elementari: i quark.
Alcuni anni prima Richard Feynman aveva messo a punto la QED: la teoria dell'elettrodinamica quantistica (che spiega il comportamento degli elettroni e della forza elettromagnetica). E, dunque, i fisici erano in grado di proporre una visione abbastanza completa e unitaria della fisica delle particelle e delle forze fondamentali della natura (gravità esclusa).
Mancava, tuttavia, un piccolo dettaglio: ciascuna delle spiegazioni teoriche prevedevano uno zoo di particelle tutte prive di massa. Ma nella realtà noi verifichiamo tutti i gioni che l'universo "pesa", perché molte particelle sono dotate di massa. Il problema fu risolto da un fisico scozzese Peter Higgs, che ipotizzò l'esistenza di un campo di energia, il campo di Higgs, la cui particella messaggero fu chiamata "bosone di Higgs". Una particella che è stata definita anche "particella di Dio", perché in grado di interagire con tutte le particelle. E l'intensità dell'interazione con la particelle di Higgs conferisce una massa specifica a ciascuna particella.
Sulla base dell'ipotesi di Higgs, due fisici - l'americano Steven Weinberg e il pakistano Abdus Salam - elaborarono il Modello Standard delle Alte Energie, in grado di fornire una descrizione economica dello zoo delle particelle e di spiegare il comportamento di almeno tre delle quattro interazioni fondamentali della natura: la debole, la forte e l'elettromagnetica.
Il Modello Standard prevede che, a certi livelli di energia, l'interazione debole ed elettromagnetica si unifichino. E prevede l'esistenza di alcune particelle messaggero, i bosoni intermedi, la cui esistenza è stata provata negli anni '80, proprio al CERN, da quel formidabile "cacciatore di particelle" che è Carlo Rubbia.
Quella di Weinberg e Salam è una teoria scientifica molto potente. Lo dimostra il fatto che ha previsto l'esistenza di particelle sconosciute che sono state poi effettivamente scoperte. Tuttavia ha un difetto: nessuno ha mai catturato il bosone di Higgs, la cui esistenza non è provata sperimentalmente. Se il bosone verrà scoperto al di là di ogni ragionevole dubbio, allora il Modello può essere considerato completo e i fisici possono passare con tranquillità a una nuova fase dei loro studi sui costituenti ultimi dell'universo. Ma se la sua esistenza non venisse provata - se in particolare - non verrà scoperto nell'intervallo di energia "spazzato" da LHC, allora bisogna rimettere mano alla teoria. E rivedere almeno mezzo secolo di successi.
Ecco perché tutti attendo il responso della grande macchina del CERN.
Ieri, i responsabili degli esperimenti ATLAS e CMS, Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, hanno presentato i risultati di due anni di caccia con LHC. E i risultati confermano che c'è stata se non una cattura, almeno un avvistamento: ci sono "candidati bosoni di Higgs" in un range di energia, compreso tra 124 e 126 GeV, compatibile col Modello Standard.
Tuttavia non si tratta di risultati definitivi. Perché la probabilità che quei candidati, ovvero i segnali che emergono dal rumore di fondo, siano effettivamente il bosone di Higgs è alta (valutata in tre unità statistiche sigma), ma non raggiunge quella che i fisici considerano una ragionevole certezza (valutata in cinque sigma).
In altri termini domani avremo un significativo assaggio delle capacità predittive del Modello Standard. Ma per sapere se Peter Higgs aveva effettivamente ragione occorre attendere che LHC accumuli altri dati.
Intanto abbiamo avuto una conferma, dopo i recenti risultati del gruppo OPERA, diretto da Antonio Ereditato: i fisici italiani sono bravi. E vengono spesso riconosciuti dai colleghi degli altri paesi come i più adatti per guidare la comunità dei fisici alla frontiera della conoscenza.