La Storia Infinita: il bosone di Higgs

---

Simulated production of a Higgs event in ATLAS
Credit: CERN

Se sembra Higgs, agisce come Higgs e decade come Higgs allora probabilmente è Higgs!
Così, il 14 marzo è arrivata la conferma: la particella annunciata lo scorso 4 luglio 2012, era il Bosone di Higgs.

Teorizzata negli anni ’60, è la più elusiva delle particelle elementari: è stata individuata l'estate scorsa dai ricercatori degli esperimenti ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS (Compact Muon Solenoid) al Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra e anche se la scoperta sembra essere ormai certa (al 99%), il caso non è definitivamente chiuso ma coerente con le previsioni.

Gli scienziati hanno presentato gli ultimi risultati durante il convegno di Moriond tenutosi a La Thuile, in Val d'Aosta.

Tuttavia, come ogni novità scientifica, questa scoperta apre altri interrogativi: i dubbi di fondo restano, non solo sulla vera natura della particella, se è o non è realmente il bosone di Higgs ma, se è lo stesso bosone previsto dal Modello Standard.

Durante la conferenza gli scienziati hanno annunciato che la nuova particella non decade solo in bosoni ma in una classe di particelle chiamate fermioni, che comprendono i quark che, a loro volta, costituiscono protoni e leptoni.

L'esperimento CMS ha rilevato che la nuova particella può decadere in due leptoni (tau) mentre ATLAS ha trovato una divergenza rispetto alle previsioni del Modello Standard, quando si è trattato di valutare il decadimento in due fotoni.

"I risultati con il primo set di dati del 2012 sono magnifici e per me è chiaro che si tratta di un bosone di Higgs anche se la strada da fare è ancora molta, per capire che tipo di bosone di Higgs sia", ha detto Joe Incandela, portavoce dell'esperimento CMS. A lui segue la dichiarazione di Dave Charlton, portavoce dell'esperimento ATLAS, secondo il quale i nuovi risultati provano che la particella "ha lo stesso spin previsto per il Bosone di Higgs nel Modello Standard".

Dal report pubblicato sul sito dell'INFN (Istituto nazionale di Fisica Nucleare) leggiamo:

Il vicepresidente dell'INFN, Antonio Masiero, ha commentato così i dati provenienti dal seminario di La Thuile:
"L'analisi intercorsa dall'estate scorsa ad oggi ha rafforzato gli indizi che la 'particella del 4 luglio' fosse proprio il bosone di Higgs del Modello Standard delle particelle e inoltre ha messo in luce qualche ulteriore caratteristica della particella che la rende sempre più vicina a ciò che ci aspettiamo per il bosone di Higgs standard. Una di queste caratteristiche che ora emergono e che non erano amcora chiare l'estate scorsa è una proprietà importante per caratterizzare una particella elementare, propietà che è chiamata 'spin della particella'".

"Lo scorso 4 luglio - continua Masiero -  era stato detto che la particella trovata poteva avere spin 0 oppure spin 2; oggi sappiamo che con grande probabilità tale spin vale zero. Questo è rilevante non solo perché conferma che il bosone trovato possiede una caratteristica cruciale del bosone di Higgs del Modello Standard, cioè che ha spin zero, ma potrebbe essere anche di grande rilevanza per un possibile ruolo giocato dal bosone di Higgs nelle primissime fasi dell'evoluzione dell'Universo, cioè subito dopo il Big Bang iniziale. Abbiamo molte indicazioni che frazioni di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang l'Universo ha avuto una fase di espansione fortemente accelerata, quella che e' chiamata la fase di inflazione primordiale. L'inflazione è l'elemento-chiave per capire l'attuale dimensione spaziale dell'Universo e la sua 'longevità', cioè il fatto che l'Universo abbia quasi 14 miliardi di anni. Ebbene l'inflazione è stata probabilmente originata dalla dinamica di un bosone a spin zero chiamato 'inflatone'. Alcune recenti teorie mostrano che il bosone di Higgs del Modello Standard potrebbe aver giocato il ruolo dell'inflatone divenendo quindi il 'motore' cruciale nelle prime, decisive fasi di sviluppo del nostro Universo. Il fatto che il bosone trovato a LHC abbia spin zero pone quindi questa particella nel ruolo di particella candidata ad essere stata l'inflatone".

La particella con un peso pari a circa 126 volte la massa del protone, spesso chiamata la "particella di Dio" in quanto ritenuta responsabile di conferire la massa alle particelle elementari, dovrebbe risolvere uno degli enigmi fondamentali dell'Universo ossia come sia nato qualcosa dal nulla 13,7 miliardi di anni fa.

Tutto è fatto di atomi che a loro volta sono costituiti da elettroni, protoni e neutroni i quali comprendono ancora i quark ed altre particelle subatomiche. Uno dei principali interrogativi è sempre stato capire come questi piccoli blocchi dell'Universo acquistano una massa. Senza massa le particelle non potrebbero stare insieme e quindi non esisterebbe quanto conosciamo. La teoria proposta dal fisico britannico Peter Higgs quasi mezzo secolo fa implica l'esistenza di una nuova particella che deve essere responsabile della creazione di un campo di energia "appiccicoso" in cui le particelle si immergono e vengono "frenate". E' qui che l'energia verrebbe convertita in massa.

La particella di Higgs ha acquistato sempre più importanza rientrando in molte equazioni teoriche relative alla formazione dell'Universo. Se non dovesse esistere allora molte teorie andrebbero riviste o addirittura cestinate. 

Per confermare il bosone i fisici hanno dovuto raccogliere tonnellate di dati sulle sue proprietà quantistiche e iterazioni con le altre particelle ma anche così la certezza assoluta non è arrivata.
Tra l'altro il rilevamento del bosone di Higgs è raro: una sola osservazione per ogni 1.000 miliardi collisioni protone-protone.

In base a quanto noto finora, i fisici ritengono che il bosone di Higgs potrà essere anche responsabile della fine dell'Universo in un futuro lontano. Questo perché la massa del bosone di Higgs è una parte fondamentale del calcolo sul futuro dello spazio-tempo: la sua massa pari a 126 volte quella del protone creerebbe un Universo instabile e porterebbe ad un cataclisma tra miliardi di anni.

"Questo calcolo ci dice che tra molte decine di miliardi di anni da oggi ci sarà una catastrofe", ha detto Giuseppe Lykken, un fisico teorico del Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois. "Potrebbe essere che l'universo in cui viviamo è intrinsecamente instabile", ha aggiunto.

E così come nel famoso film degli anni '80 "La Storia Infinita" ("The NeverEnding Story") per colpa del bosone il non luogo, il non tempo, il non spazio, il Nulla, avanzerà inesorabile ed inghiottirà il nostro Universo!