Il bosone di Higgs: fine di unera o inizio di una nuova fisica?
L’annuncio della scoperta al CERN di Ginevra di una particella con caratteristiche compatibili a quelle del bosone di Higgs apre nuovi scenari nella fisica moderna
di Luigi Maxmilian Caligiuri – 30/07/2012
La notizia della presunta individuazione sperimentale del famoso bosone di Higgs, volgarmente
ribattezzato la particella di Dio, sta ricevendo celebrazioni in tutto il mondo scientifico e non
solo ma questo nuovo bosone rischia di demolire quello stesso modello fisico che avrebbe dovuto
completare e confermare ossia il modello standard (MS) delle particelle elementari (oggi il
principale modello in grado di spiegare, anche se parzialmente, le particelle note e le forze che agiscono tra esse).
Il motivo è che molte delle proprietà della nuova particella – che si pensa possa essere il
famigerato bosone di Higgs – o almeno qualcosa di molto simile ad esso – devono ancora essere verificate.
Cosa più importante, la firma che essa ha lasciato nei rivelatori dellLHC del CERN non
corrisponde esattamente a quanto previsto dal MS, lasciando così aperta la possibilità che la nuova
particella sia in realtà qualcosa di molto più esotico, facente parte di un modello più completo
della natura che finalmente sia in grado di includere la materia oscura e la gravità.
Tale eventualità rappresenterebbe la fine della supremazia del MS ma costituirebbe
contemporaneamente un successo ancora maggiore della scoperta del bosone di Higgs stesso.
Daltra parte non è un mistero che il modello standard rappresenta solo una spiegazione molto
parziale della realtà fisica, dal momento che semplicemente non è in grado di spiegare l80% della
materia – energia presente nellUniverso (la cosiddetta materia oscura appunto) e, cosa enormemente più grave non include la forza di gravità.
Il dato sperimentale presentato alla conferenza stampa del 4 luglio al CERN riguarda la misurazione
di eccessi di particelle che si adattano al profilo di una particella di Higgs, con masse di 125 e
126 GeV (giga elettronvolt). Lattendibilità del dato sperimentale sembra notevole dal momento che,
secondo gli sperimentatori, si attesterebbe intorno a 5 sigma (per intenderci le probabilità che la particella derivi dal rumore strumentale è di 5 possibilità su 10 milioni).
Assodato quindi il risultato, rimane da comprendere esattamente cosa effettivamente sia stato
osservato. Il problema consiste nel fatto che il bosone non viene osservato direttamente ma
attraverso i suoi prodotti di decadimento (altre particelle) più facilmente rilevabili ed il MS
attuale prevede il rateo di decadimento del previsto bosone di Higgs di massa data in queste
particelle. Orbene il rateo di decadimento osservato per la nuova particella non corrisponde a
quello previsto per un bosone di Higgs da 125 GeV. Ciò riguarderebbe in particolare il decadimento
del bosone in particelle tau (tauoni) per le quali il MS prevede, per un bosone di Higgs di tale
energia, un intervallo di tempo pari al 6% dellintervallo totale ma che, sperimentalmente,
risulterebbe sensibilmente inferiore, determinando una produzione di tauoni irrisoria (dato relativo
allesperimento CMS, mentre nellesperimento ATLAS non viene riportato alcun dato in merito).
A ciò pare si aggiunga unulteriore anomalia, presente in entrambi gli esperimenti, relativa ad un
eccessivamente elevato rateo di decadimento della particella (circa una volta e mezza maggiore di
quanto previsto dal MS) in coppie di fotoni. Ciò pone problemi particolarmente importanti, in quanto
nel MS il bosone di Higgs non costituisce solo la particella che andrebbe a completare il quadro del
modello stesso, ma svolge anche un ruolo chiave con riferimento alla stessa natura della materia in qualità di particella mediatrice dellomonimo campo di Higgs.
Secondo il MS tutte le particelle devono attraversare tale onnipresente campo, alcune, come il
fotone, rimanendone imperturbate e risultando pertanto prive di massa; le altre venendo rallentate
ed acquistando pertanto massa. In particolare quindi il bosone di Higgs fornisce la massa ai
componenti delle due grandi famiglie di particelle elementari: i fermioni (che costituiscono la
materia ed includono elettroni, quarks, neutrini e, tra laltro, i tauoni di cui sopra) ed i bosoni
appunto (che sono i mediatori delle interazioni e che includono i fotoni, le particelle W e Z ed i
gluoni, ma non i gravitoni!) Ma se, coma sembra, il bosone osservato non decade propriamente in
particelle tau, stando ai risultati finora ottenuti, ammesso che si tratti proprio del bosone di
Higgs del MS, esso non sarebbe probabilmente in grado di fornire ai tauoni una massa che tuttavia questi posseggono.
Potrebbe allora il bosone di Higgs fornire massa solo ai bosoni ma non ai fermioni? Del resto si
deve ricordare che, quando nel lontano 1960 Higgs propose il suo modello, questo doveva rendere
conto soltanto della massa dei bosoni ma fu solo successivamente esteso alle altre particelle dotate
di massa, generalizzazione della quale lo stesso Higgs non era pienamente convinto. Cosa fornisce allora massa ai fermioni?
La risposta potrebbe aprire la strada ad una conferma di una delle più eleganti estensioni del MS:
la supersimmetria (SS) che prevede in particolare la presenza di 5 bosoni di Higgs e di una serie di
particelle superpartners delle particelle elementari dette Higgsoni, la cui presenza
permetterebbe di superare le difficoltà del MS ed in particolare degli aspetti legati allenergia
oscura ed al problema gerarchico assegnando ai fermioni la massa necessaria nel caso in cui il
bosone rilevato non fosse in grado effettivamente di farlo. In particolare, un superpartner che
permetterebbe di risolvere sia il problema del difetto di rateo dei tauoni che quello delleccesso
di fotoni sarebbe rappresentato dal superpartner del quark top, il cosiddetto stop.
Ad ogni modo se gli attuali dati sperimentali dovessero venire confermati nel prossimo futuro, ci
troveremmo di fronte ad un superamento del MS alla necessità di una nuova fisica, ben al di là di
tale modello. Del resto, indipendentemente dalla vicenda che vede protagonista il nuovo bosone, e
qualunque sarà il verdetto dei futuri esperimenti sulla reale natura di tale particella, è oltremodo
chiaro che oramai la fisica contemporanea è giunta ad un bivio sostanziale: scegliere di continuare
a sfornare nuove particelle, andando a popolare il già affollatissimo zoo delle particelle
elementari e producendo quantità impressionati di dati sperimentali pur indispensabili allo sviluppo
delle teorie fisiche, ovvero compiere quel grande e decisivo balzo concettuale verso una nuova e
profonda sintesi in cui le due più grandi teorie della fisica vale a dire la meccanica quantistica
(MQ) e la relatività generale (RG) possano fondersi una sintesi in grado di fornire una reale e
profonda comprensione dei concetti fondamentali quali lo spazio, il tempo, il vuoto, il movimento e quindi lenergia oscura e lo stesso Universo.
Purtroppo è sempre forte la tentazione, favorita dalla alcune tendenze retrograde dell’accademia, di
preferire lanalisi alla sintesi inventando ed introducendo alloccorrenza nelle teorie particelle
o parametri liberi per far tornare i conti, piuttosto che rimboccarsi le maniche alla ricerca di una più fondamentale sottostante teoria.
Ma la Natura funziona realmente così? Può darsi, ma forse è un modo troppo semplicistico e poco
coraggioso di aggirare gli ostacoli e le reali difficoltà di comprensione di una probabile teoria più generale ed onnicomprensiva della realtà.
Lo scopo della scienza, e della fisica in particolare, non può e non deve ridursi infatti alla sola
ricerca dell’accordo con i dati empirici, ma deve essere quello di capire e spiegare, nei termini
più fondamentali e semplici possibili, il funzionamento delluniverso dallinizio del tempo, se ve
ne sia effettivamente stato uno, alleternità. Proprio dalle straordinarie proprietà del vuoto della
gravità quantistica e dai fenomeni di coerenza elettrodinamica quantistica potrebbero derivare sviluppi nuovi e sorprendenti nella direzione di una vera Teoria del Tutto.
Ma di questo avremo occasione di parlare nelle prossime puntate…
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