• 17 Aprile 2021 0:58

SCIENZA & DINTORNI

Blog di divulgazione storica e scientifica

Il Modello Standard in fisica è la teoria che riassume tutto quanto si è finora riusciti a scoprire riguardo le particelle elementari e di tre delle quattro interazioni fondamentali che intercorrono tra di esse, ossia quella elettromagnetica, forte e debole. Le particelle, invece, sono classificate, in base allo spin che presentano a alla statistica a cui obbediscono, in due categorie: i fermioni (che hanno spin semintero e seguono la statistica di Fermi-Dirac), e i bosoni (che hanno spin intero e seguono la statistica di Bose-Einstein). Questi ultimi, poi, risultano essere le particelle mediatrici delle interazioni fondamentali: i fotoni per l’interazione elettromagnetica, i due bosoni carichi W e il bosone Z per l’interazione debole, e i gluoni per quella forte. 

La centralità del bosone di Higgs nel Modello Standard

Tuttavia, la costellazione disegnata dal Modello sarebbe priva di validità se non fosse per l’assunzione dell’esistenza di una singola particella: il bosone di Higgs, soprannominato la “particella di Dio” o “particella maledetta”, in quanto permette a tutte le particelle elementari che compongono la materia di avere una propria massa.  

La teorizzazione della sua esistenza avvenne nel 1964 quando gli scienziati, intenti a elaborare una teoria unificata comprendente le interazioni elettromagnetiche e quelle deboli, si accorsero che questa avrebbe portato a dipingere un universo privo di massa. Gli sforzi per risolvere questo rompicapo portarono all’elaborazione del modello concreto del campo di Higgs e del corrispondente meccanismo di Higgs, secondo il quale le particelle portatrici dell’interazione debole avrebbero acquisito massa grazie all’interazione col campo di Higgs. L’implicazione di questa teoria fu che il nuovo capo si sarebbe dovuto materializzare in una nuova particella, che fu in seguito chiamata bosone di Higgs, in omaggio al fisico britannico Peter Higgs, che avanzò la teoria. 

La caccia alla “particella di Dio”

La ricerca di prove concrete che testimoniassero l’effettiva esistenza di questa particella è stata serrata. Sono stati prodotti acceleratori di particelle che fossero in grado di raggiungere la posizione di massa in cui il bosone di Higgs poteva trovarsi, ne è stata studiata la produzione nella collisione protone-protone e sono stati indagati tutti i suoi differenti modi di decadere attraverso intense simulazioni, che, a loro volta, sono stati il riferimento per la progettazione di rilevatori. 

Provare l’esistenza del bosone di Higgs si è dimostrato compito molto arduo in quanto si tratta di una particella molto rara e di vita brevissima, che decade molto rapidamente in particelle piccolissime. O, almeno, è stato così fino al 2012, quando un gruppo di scienziati del CERN, impiegando l’acceleratore di particelle più grande mai progettato, diede al mondo l’annuncio della scoperta di una nuova particella, che presentava caratteristiche compatibili col bosone di Higgs. L’anno successivo la conferma che si trattava proprio della “particella di Dio” venne ufficializzata. 

Il decadimento del bosone di Higgs

Da allora il CERN ha continuato i suoi esperimenti, e proprio in questi ultimi giorni, utilizzando i rilevatori ATLAS e CMS la metodologia del fotone virtuale, i ricercatori hanno rilevato il decadimento del bosone di Higgs in un fotone e due leptoni. Nello specifico, si è trovato che il bosone può decadere in un fotone e una coppia di elettroni, o in un fotone e una coppia di muoni con carica opposta.

L’obiettivo è ora riuscire a osservare direttamente questo raro decadimento, cosa che sarà possibile solo grazie a un aggiornamento degli acceleratori di particelle ad alta luminosità. Ciò porterebbe gli scienziati ad andare oltre i limiti del Modello Standard, che non arriva a spiegare la gravità e la materia oscura. Come ha affermato James Beacham: “Dobbiamo trovare una finestra o un portale dal nostro mondo in questo mondo del settore oscuro e giocare sperimentalmente. E uno di questi potrebbe essere il bosone di Higgs”.        

Fonti: 

www.tio.ch 

www.atlas.cern 

Per saperne di più:

Addio a Leon Lederman, il padre della particella di Dio

Giovanni Ieraca

Laureato in filosofia della scienza all'Università degli studi di Firenze, mi occupo della scrittura di articoli inerenti la logica matematica e la fisica quantistica.

1 commento su “La “particella di Dio””
  1. Nuovo argomento trattato con la solita perizia e la solita chiarezza. Padronanza terminologica e capacità sintetica tali da rendere accessibile una tematica scientifica e complessa.. Complimenti Giovanni per il tuo nuovo articolo.

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