home page - novità - mappa - link AMA - Associazione Marchigiana Astrofili - Ancona

La massa e il bosone di Higgs

articolo di Gatti Vincenzo

per vedere tutte le immagini selezionare una delle anteprime

La rilevazione di una particella compatibile con le caratteristiche del bosone di Higgs, recentemente annunciata dal CERN di Ginevra, è sicuramente destinata a confermare alcune certezze e ad aprire nuove inevitabili indagini per le riprove delle teorie oggi proposte sull'infinitamente piccolo. È una rilevazione estremamente importante, in quanto permetterà di completare (ma non di esaurire) il quadro teorico più verificato oggi, che prende il nome di Modello Standard della Fisica delle Particelle.

Ma che cos'è il Modello Standard? È una teoria quantistica, con relativo modello matematico che tiene conto anche della relatività ristretta di Einstein e che spiega il comportamento delle particelle elementari finora predette e osservate. Si tratta di sei tipi di quark e sei leptoni (tra cui l'elettrone e il neutrino), più le particelle mediatrici di forza: il fotone (mediatore dell'interazione elettromagnetica), i bosoni W e Z (mediatori della forza debole) e i gluoni (mediatori della forza forte). Come si vede nel Modello Standard non viene prevista la gravità, che resta appannaggio della relatività generale di Einstein.

Il problema principale del Modello Standard è che nel modello matematico non viene prevista la massa delle particelle e poiché è di tutta evidenza che questa esiste, occorre inserirla nelle equazioni, dopo le verifiche sperimentali. Il problema è dunque la massa. La prima definizione scientifica di massa fu data da Isaac Newton nel 1687, nei suoi Principia: <<la quantità di materia è la misura della medesima, che deriva congiuntamente dalla sua densità e dal suo volume>>. Questa definizione, rimasta valida per più di 200 anni, tuttavia non spiega né il perché né l'origine della massa. La teoria speciale della relatività ci ha insegnato la celebre formula dell'energia E=mc2. Essa definisce per le particelle elementari anche una massa intrinseca, la cosiddetta massa a riposo, oltre a descrivere la massa dovuta all'energia cinetica (causata dal moto) e a quella potenziale (causata dalle interazioni).

La descrizione fin qui proposta dalla fisica teorica, a sostanziale completamento del modello standard, è che la massa delle particelle elementari nasce dalle interazioni con il campo di Higgs, il cui mediatore è il Bosone di Higgs. La teoria ci insegna che il campo di Higgs è un campo quantistico e la cosa può suonare misteriosa. Ma in realtà la meccanica quantistica insegna che tutte le particelle elementari emergono come quanti di un campo quantistico. Anche il campo elettromagnetico è un campo quantistico. Tuttavia il campo di Higgs ha delle caratteristiche peculiari che lo differenziano dagli altri campi. È regola generale che qualsiasi sistema, universo compreso, tende al suo stato di energia più basso. Nel caso del campo elettromagnetico lo stato di energia minima si ha quando il suo valore è zero (campo nullo). Se introduciamo un campo non nullo, l'energia complessiva aumenta.

Nel caso, invece, del campo di Higgs, si è dimostrato che l'energia dell'Universo è più bassa se il campo ha un valore costante diverso da zero. Da questo deriva anche una presenza costante di questo campo in tutto l'Universo, causando una continuità di interazioni con tutte le altre particelle elementari. Le particelle che interagiscono si comportano come se avessero una massa proporzionale all'intensità del campo moltiplicata per la forza dell'interazione. I fisici ovviamente vogliono verifiche dirette di questa ipotesi e l'annuncio del CERN della rilevazione del bosone di Higgs, nel campo di energie previsto, sembra dare il massimo credito alla teoria.

La scoperta tuttavia non esaurisce le problematiche del modello standard. Infatti un modello completo non deve inserire dati derivanti dall'esperienza (in questo caso le masse delle particelle), ma queste devono emergere dal modello stesso. Allo stato attuale esistono delle estensioni del Modello Standard (i cosiddetti modelli supersimmetrici) che prevedono matematicamente l'emergere delle masse, ma, contemporaneamente, prevedono anche la presenza di altre particelle, che allo stato attuale, non sono state scoperte. Inoltre queste teorie prevedono la presenza di altri campi di Higgs con altri bosoni di Higgs.

In conclusione si può dire che, come sempre nella scienza, la soluzione di un problema, che già si sapeva essere una tappa nella ricerca sulle particelle, comporta l'apertura di altre indagini e di altre teorie, che ci dovrebbero avvicinare sempre di più alla comprensione di una realtà che, anche se non la percepiamo, è presente e soprattutto condizionante.


 
 
 

Il tunnel del CE...
Il tunnel del CE...

 
osservatorio
Questo articolo è stato pubblicato sul giornalino Pulsar (numero 37, anno 2012)

> ritorna alla pagina precedente
> ritorna alla home page