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
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 dell’LHC 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.
D’altra 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 l’80% della materia - energia
presente nell’Universo (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). L’attendibilità 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% dell’intervallo totale ma che, sperimentalmente, risulterebbe
sensibilmente inferiore, determinando una produzione di tauoni
irrisoria (dato relativo all’esperimento CMS, mentre nell’esperimento
ATLAS non viene riportato alcun dato in merito).
A ciò
pare si aggiunga un’ulteriore 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 dell’omonimo 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 l’altro, 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 all’energia 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 dell’eccesso 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 l’energia oscura e lo stesso Universo.
Purtroppo è sempre forte la tentazione, favorita dalla alcune tendenze retrograde dell'accademia, di preferire l’analisi alla sintesi “inventando” ed introducendo all’occorrenza 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 dell’universo dall’inizio del tempo, se ve ne sia
effettivamente stato uno, all’eternità. 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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