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0414. Il bosone di Higgs e la materia oscura

Salve mi chiamo Mattia Recchi, frequento il primo liceo scientifico e la fisica è la mia piu grande passione. Mi chiedevo se il campo di Higgs, essendo composto da bosoni di higgs di massa notevole (125 GeV/c2), possa influenzare a livello gravitazionale i sistemi (come ad esempio le galassie e gli ammassi). L'idea mi è venuta perché c'è sempre della massa mancante e ho pensato che la materia oscura potesse essere in parte formata da bosoni di higgs. Grazie in anticipo.
sem_esperto_verde

Caro Mattia, il bosone di Higgs non è rilevante nella vita di tutti i giorni né nella dinamica gravitazionale dei corpi celesti. Il motivo è lo stesso per cui, ad esempio, anche il quark top e i bosoni vettori W,Z non lo sono: tutte queste particelle decadono, cioè si convertono in un certo numero di altre particelle più leggere, in un tempo brevissimo. Per la precisione, il bosone di Higgs decade (prevalentemente in un quark ed un anti- quark) in una frazione di un miliardesimo di miliardesimi di secondi!

Per essere rilevante nella dinamica gravitazione un sistema fisico deve essere sufficientemente stabile e avere una grande densità di energia o di impulso. Il bosone di Higgs, come il quark top e i bosoni vettori W,Z non sono solo altamente instabili, ma non riescono nemmeno a formare strutture complesse stabili, come atomi né strutture macroscopiche. Di conseguenza, non possono influenzare il moto delle stelle. Notiamo anche che non è di per sé la massa delle particelle costituenti che conta quando si parla di gravitazione. Puoi infatti prendere tante particelle di piccola massa e formare un sistema con energia grande quanto uno composto di poche particelle molto massive. Ciò che conta è la massa totale del sistema.

Le uniche particelle del Modello Standard che possono vivere abbastanza a lungo da poter contribuire alla massa (luminosa e non) dell’Universo sono l’elettrone, il protone, il fotone e i neutrini. Ovviamente protoni ed elettroni costituiscono la base della materia che conosciamo. Avendo carica elettrica, essi interagiscono con i campi elettromagnetici e la materia che costituiscono è perciò detta “luminosa” (come ad esempio le stelle). Il fotone e i neutrini invece non formano strutture complesse come atomi, stelle e galassie. Tuttavia, fotoni e neutrini liberi di muoversi nell’Universo senza interagire significativamente possono influenzare il mondo celeste tramite la loro gravità. Molte osservazioni sperimentali confermano infatti che anche loro contribuiscono all’energia del nostro Universo, seppure in maniera meno significativa della materia ordinaria.

La “materia mancante” o “materia oscura” è qualcosa di ancora diverso da queste forme di energia. Non sappiamo ancora cosa sia esattamente. Ma se ipotizziamo che essa sia costituita di nuove particelle, queste ultime devono essere stabili almeno quanto la materia ordinaria. Infatti abbiamo motivo di credere che la materia oscura abbia pervaso l’Universo da prima ancora della formazione delle stelle.

risponde L. Vecchi

ultimo aggiornamento marzo 2020

 

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