|
Le particelle di Higgs
Approfondimento a cura di Franco L. Fabbri (in lavorazione)
E’ capitato a tutti noi, in un momento della nostra vita, di cercare di perdere peso. Cosa determina il nostro peso? Il peso è la forza di gravità esercitata dalla Terra sulla nostra massa. Ma cosa è la massa ? I nostri web-nauti ben sanno  [101] che la massa è una proprietà specifica di ogni corpo materiale che misura, sotto l’azione di una forza esterna, la inerzia del corpo medesimo, a cambiare il proprio stato di moto. La nostra massa è determinata  dalla masse delle molecole che compongono il nostro corpo e quindi, in ultima analisi, delle masse dei nostri protoni e neutroni . Abbiamo trascurato la massa degli elettroni perché – come sappiamo – l’elettrone ha una massa circa 2000 volte minore di quelle del protone e del neutrone. Malgrado sia così piccola la massa dell’elettrone determina però la nostra taglia fisica. La dimensione di un corpo dipende dalla dimensione degli atomi che lo costituiscono. Come sappiamo gli atomi sono composti da un nucleo centrale compatto dove si agglomerano insieme i protoni e i neutroni e da uno o più elettroni che gli orbitano attorno . Le dimensioni degli atomi, quindi delle molecole e in definitiva di ogni corpo dipendono dalle dimensioni delle orbite degli elettroni. Ed è proprio la massa dell’elettrone che determina l’estensione delle orbite . Le orbite sono molto estese attorno al nucleo proprio perchè la massa dell’elettrone è molto piccola. Per farci un’idea concreta immaginiamo che il nucleo atomico abbia le dimensioni di un'arancia (raggio di 5 cm), in questa scala le orbite elettroniche si estendono per oltre due chilometri! Se la massa dell’elettrone fosse più grande le orbite sarebbero proporzionalmente più piccole. Se l’elettrone avesse la stessa massa del protone, le nostre dimensioni sarebbero microscopiche. Possiamo quindi dire che dalle masse delle particelle (protoni, neutroni ed elettroni) dipendono due caratteristiche principali (peso e dimensioni) di tutto quanto ci circonda. Cosa determina la massa di una particella elementare? Può sembrare strano che i fisici si pongano questa domanda. Perché la massa non può essere considerata una caratteristica intrinseca, propria delle varie particelle come ad esempio la carica elettrica ? La risposta va ricercata nel successo del Modello Standard , che descrive in modo sorprendentemente accurato tutto il panorama delle particelle elementari e delle interazioni oggi note . La teoria matematica sulla quale il Modello Standar si basa, soggiace a certe regole di simmetria ( i nostri web-nauti hanno incontrato il concetto di simmetria ormai varie volte ) in conseguenza delle quali le particelle elementari non dovrebbero avere massa. Dai tempi della scoperta dell’antimateria , la cui esistenza fu anticipata teoricamente dalle regole di simmetria , i fisici tendono a non rinunciare all' elegante struttura simmetrica delle loro teorie postulando l’esistenza di nuove particelle o nuove interazioni non ancora scoperte che possono spiegare le apparenti contraddizioni. In questo caso si ipotizza l’esistenza di una nuova interazione che, interagendo con le particelle, darebbe origine alla loro massa. Il campo di questa interazione pervaderebbe tutto lo spazio come una melassa e la massa manifestata dalla particelle sarebbe dovuta alla viscosità di questa melassa. Il campo in questione prende il nome di campo di Higgs dal nome del fisico scozzese Peter Higgs  che per primo lo ha ipotizzato. Una conseguenza della dualità onda-particella è che a tutti i campi quantistici si associa una particella elementare portatrice del campo. Come il fotone è il quanto associato al campo elettromagnetico , così al campo di Higgs, a seconda delle varie teorie proposte, sono associati uno o più bosoni di Higgs. Se si assume l’esistenza del campo di Higgs, dalle proprietà delle varie particelle si può ipotizzare la massa del bosone  (o dei bosoni) di Higgs. Esperimenti sono attualmente in corso a FERMILAB  – un grande laboratorio negli Stati Uniti che prende in nome dal fisico italiano Enrico Fermi – ma i risultati decisivi sono attesi dalle ricerche alla nuova macchina europea acceleratrice di particelle, l’LHC , che entrerà in funzione tra qualche anno al CERN di Ginevra.
|
