bosone di Higgs

bosone di Higgs

bosóne di Higgs locuz. sost. m. – Particella elementare, detta anche particella di Higgs o impropr. particella di Dio, prevista dalla teoria dell’interazione elettrodebole. Deve il suo nome al fisico britannico Peter Higgs, che nel 1964 sviluppò una teoria per la rottura spontanea di simmetria, nota come meccanismo di Higgs, che produce la rottura spontanea della simmetria elettrodebole e quindi le masse di fermioni e bosoni di gauge, senza che si abbia un’esplicita rottura della simmetria di gauge. Esso prevede, all’interno del modello generale di Glashow-Weinberg-Salam, che dopo la rottura spontanea della simmetria, resti una particella elettricamente neutra, con spin zero, responsabile delle masse dei fermioni e dei bosoni di gauge. La sua massa non è nota dalla teoria e rappresenta un parametro libero del Modello Standard, non deducibile dalla conoscenza delle altre particelle. Gli esperimenti condotti da LEP (Large election-position collider) e LEP2 hanno fornito un limite inferiore di 91 GeV. Un limite superiore (circa 1 TeV) si può ricavare sulla base della teoria perturbativa. Misure di precisione sui parametri elettrodeboli limitano ulteriormente la massa a 450 GeV. Successivamente nuovi esperimenti sono stati condotti negli accelatori Tevatron del FNAL (Fermi national accelerator laboratory) a Batavia, Illinois e LHC (v., Large hadron collider), entrato in funzione al CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) di Ginevra nel 2008. Nel mese di luglio del 2012, a consuntivo degli esperimenti Atlas e Cms, ricercatori del CERN hanno annunciato di aver rilevato una nuova particella compatibile con il bosone di Higgs, in una regione intorno a 125,3 Gev (con probabilità di errore dello 0,000028%). Il risultato va tuttavia ancora considerato ancora preliminare e i dati richiedono ulteriori elaborazioni per stabilirne inequivocabilmente tutte le caratteristiche. In precedenza, con pochi giorni di anticipo, anche alcuni fisici operativi sul Tevatron, peraltro spento nel 2011 per mancanza di fondi, avevano comunicato di aver delimitato, attraverso la sintesi di un lavoro sperimentale pluriennale, la massa del bosone di Higgs tra 115 e 135 Gev. L’esistenza dei campi di Higgs sarebbe di fondamentale importanza per l’interpretazione moderna della fisica delle particelle elementari. La prova sperimentale dell’esistenza del bosone di Higgs costituirebbe la piena conferma del modello dell’unificazione elettrodebole di Glashow-Weinberg-Salam. Si tratta pertanto di una particella fondamentale all’interno del Modello Standard, in quanto si ipotizza essere la portatrice di forza del cosiddetto campo di Higgs, che si suppone permeare l’Universo conferendo massa a tutte le particelle. La prova della sua non esistenza spingerebbe invece verso la ricerca di concetti teorici completamente innovativi. Se l’osservazione del bosone di Higgs rappresenta il coronamento dell’attuale quadro interpretativo delle particelle elementari, essa solleva al contempo molti interrogativi, ciascuno dei quali allude a un’estensione del Modello Standard che comprenda nuovi fenomeni. L’ipotesi che le interazioni fondamentali, attualmente divise in elettrodeboli e forti, possano considerarsi unificate in un’unica interazione, è basata su un gruppo di simmetria che contenga oltre agli attuali mediatori delle interazioni anche mediatori misti in grado, per es., di far transire un leptone in un quark. Vari scenari sono stati proposti, in alcuni dei quali, per es. il gruppo SU(5), si trova una spiegazione naturale anche dello strano frazionamento della carica dell’elettrone per i quark. L’unificazione delle interazioni prevede che, a un’energia sufficientemente elevata, tutte le forze diventino un’unica forza. Le varie forze variano con l’aumentare dell’energia convergendo verso valori comuni; affinché le tre forze – elettromagnetica, debole e forte – convergano allo stesso punto in un’unica energia, è necessario che le particelle che influenzano le correzioni dovute alle fluttuazioni quantistiche e che ancora non sono state scoperte siano dosate in modo opportuno, sia per quanto riguarda il loro numero sia per il valore della loro massa. Nella versione più semplice della supersimmetria ciò accade, e questo fatto viene considerato uno degli indizi a favore della realizzazione di tale nuova simmetria. L’unificazione prevede come effetto più interessante l’instabilità della materia nucleare e, in particolare, del protone. La gravità, a parte la formulazione classica, rappresenta un problema tuttora irrisolto; la sua forza è la più debole tra le quattro interazioni, ma anch’essa aumenta con l’energia fino a diventare forte alle energie di Planck, ossia circa 19 ordini di grandezza maggiori dell’energia di riposo del protone. Se questa energia così remota può indurre ad accantonare la comprensione della gravità al di là della nota trattazione dovuta a Einstein, tuttavia la gravità pone un problema teorico notevole dal momento che risulta incompatibile con la procedura di quantizzazione usuale, dando luogo a divergenze che privano la teoria di qualunque potere predittivo.