“Credo che nessun scienziato che esaminasse le prove si sottrarrebbe alla conclusione che le leggi della fisica nucleare siano state deliberatamente progettate in vista delle conseguenze che producono all’interno delle stelle”(Fred Hoyle). Martedì 13 dicembre 2011 (Santa Lucia) è una data molto significativa nella storia della Fisica. La conferenza scientifica al Cern di Ginevra (gremita di cervelli, in prima fila il prof. Antonino Zichichi), tra le decine di MacBook scintillanti della Apple, ha visto protagonisti i fisici italiani dell’Infn. A capo dei due esperimenti Atlas e Cms che sono gli “occhi” del più grande acceleratore di particelle sulla Terra, il super LHC. Gli scienziati hanno annunciato al mondo di aver rivelato tracce dei famosi bosoni di Higgs dal flusso dei dati finora acquisiti. Una ragionevole moltitudine di buoni segnali. Anche se siamo ben lontani dal “cinque sigma”. I risultati correggono le stime di probabilità per la massa dei bosoni di Higgs. Le particelle, se esistono, dovrebbero pesare circa 125 GigaElettronVolt, ossia 125 volte la massa del protone. Sulla base dei due intervalli energetici (116-130 GeV secondo l’esperimento Atlas; e 115-127 GeV secondo Cms) acquisiti, poiché il livello di confidenza raggiunto è ancora insufficiente, la migliore stima oggi disponibile fissa la massa dei bosoni di Higgs, se esistono, tra i limiti energetici di 114 e di 136 GeV circa. Quindi sarebbero meno pesanti del Top Quark (circa 173 GeV). I dati sono ancora insufficienti statisticamente per confermare la scoperta epocale delle particelle di Higgs, perché nella fisica dei quanti si ragiona con le probabilità. E il livello di confidenza (occorre raggiungere almeno il 95%) è la sola “sentenza” che interessa alla comunità scientifica internazionale. Più del clamore dei media e dei titoli dei giornali. La qualità dei dati offerti dall’iperacceleratore LHC è davvero sensazionale. Entro il Natale 2012 avremo la conferma definitiva con tutte le conseguenze del caso. Segnali del bosone sono stati visti in entrambi gli esperimenti. Gli scienziati a ragione parlano al plurale di bosoni di Higgs e non solo di bosone di Higgs! Avrebbero una vita davvero breve e decadrebbero in molti modi differenti. Sia Atlas sia Cms hanno analizzato diverse tracce di decadimento. Si notano dei segnali nella regione di bassa energia. Presi individualmente, nessuno di essi è statisticamente più significativo di una coppia di dadi lanciati e di due sei di fila. Ciò che ha attirato l’attenzione degli scienziati sono però le misure multiple indipendenti nella regione compresa tra 124 e 126 GeV. Se è troppo presto per stappare lo Spumante italiano, Atlas e Cms hanno comunque prodotto numeri significativi che sorprendono la comunità scientifica internazionale. Protagonisti della conferenza sono stati due ricercatori italiani. “Abbiamo focalizzato la nostra attenzione nella regione di massa compresa tra 116-130 GeV e dopo poche settimane abbiamo iniziato a vedere segnali intriganti attorno al valore di 125 GeV” – ha dichiarato Fabiola Gianotti, portavoce di Atlas. “Questo picco potrebbe essere una fluttuazione, ma potrebbe anche essere qualcos’altro di più interessante. Non possiamo dire nulla di più per ora. Abbiamo bisogno di analisi più accurate e di più dati. Grazie alle performance eccezionali di LHC, non dovremo attendere molto per acquisire informazioni sufficienti in grado di raggiungere l’obiettivo entro il 2012”. Guido Tonelli, portavoce dell’esperimento CMS ha dichiarato che “non possiamo escludere la presenza dello Standard Model Higgs tra 115 e 127 GeV a causa di un modesto picco di segnale nella regione energetica che appare sufficientemente coerente in cinque analisi indipendenti. “Il picco è più compatibile con lo Standard Model Higgs in prossimità di 124 GeV ma i dati sono ancora non sufficienti. Quello che osserviamo oggi è consistente sia con una fluttuazione di segnale sia con la presenza del bosone di Higgs. Analisi più accurate e ulteriori dati ci forniranno la risposta definitiva entro il 2012 grazie a questa macchina straordinaria, LHC”. La prossima “udienza” per il bosone di Higgs è fissata al marzo 2012 ma dovremo attendere altri mesi per la sentenza definitiva. Se Higgs ha ragione, allora il modello standard porterà il suo nome! Tuttavia, poiché tale modello descrive appena il 4% visibile dell’Universo, i fisici dovranno sudare le proverbiali sette camice per trovare una soluzione che giustifichi quel restante 96% di Universo invisibile. LHC, le future supermacchine acceleratrici, ma soprattutto laboratori come quello del Gran Sasso e le sonde che invieremo in orbita attorno ai buchi neri, dovranno fornire la soluzione. C’è anche chi pensa di archiviare il modello standard per inaugurare una nuova fisica. Auguri! Perchè nulla sarà impossibile ad LHC dal 2014, quando opererà a pieno regime. È stato definito in tanti modi il bosone di Higgs: Angelo della Creazione, Mattone dell’Universo, Particella di Dio. Ma il Top Quark è ancora più grande. I cacciatori di Higgs sono avvisati. Qualcuno a Ginevra, scherzando, prova a sostenere che il livello di confidenza finora raggiunto da Atlas e Cms è accurato quanto quello di Newton (XVII Secolo) nello scoprire la legge gravità sotto la famosa pianta di mele. Solo che, per la fisica dei giorni nostri, ne occorrerebbero un milione e dovrebbero tutte cadere per fare centro sulla sua povera testa! Dubbi sono stati espressi da Stephen Hawking ma la maggior parte dei fisici crede nelle potenzialità di LHC. Ne è convinto Peter Higgs, il papà del bosone, oggi 82enne, secondo il quale senza la sua particella non solo il modello standard è condannato ma l’intero Universo con tutta la vita così come oggi la conosciamo e immaginiamo. Nulla, insomma, potrebbe sussistere senza il bosone di Higgs. “Per me il bosone esiste perché esiste” – afferma categoricamente Higgs da 40 anni. I fisici, allora, non possono perdere più tempo. Occorre elaborare di gran lena la Teoria del Tutto, acquisire dati più precisi ed annunciare la scoperta ufficiale al mondo. Senza dimenticare il buon Dio. Quando e come ha avuto inizio l’Universo? Perché c’è qualcosa invece di nulla? Perché le leggi di Natura sono calibrate con tanta precisione da permettere l’esistenza di esseri come noi? Perché siamo qui ora a chiedercelo? La scienza può offrire da sola una spiegazione? Il Cosmo, in base alla teoria quantistica (quella che consente il funzionamento dei nostri MacBook, Ipod touch, Ipad e tablet vari) forse non ha mai avuto una sola esistenza. Tutte le possibili storie (10 elevato alla 500ma potenza) dell’Universo possono esistere simultaneamente. Sono le ipotesi di scienziati come Stephen Hawking, Leonard Mlodinow e tanti altri. Ma siamo davvero frutto di fluttuazioni quantistiche nell’Universo dei primissimi istanti? Viviamo, cioè, come nella favola del “fagiolo magico”, accanto a una moltitudine di universi paralleli apparsi spontaneamente dal nulla, ciascuno con proprie leggi di Natura? Nel V Secolo a.C., Democrito di Abdera credeva che la materia fosse costituita da particelle invisibili e indivisibili, alle quali attribuì il nome di “atomi”. Oggi, agli inizi nel XXI Secolo, viviamo giorni indimenticabili. Al netto dello “spread” tra capacità e incompetenza di certi politicanti senza futuro politico, possiamo annunciare di essere vicini alla risposta a queste domande grazie alla più importante collaborazione scientifica internazionale, il Cern di Ginevra: 21 Nazioni unite nel nome della Scienza. Qui sono nati, tanti anni fa, gli Stati Uniti d’Europa per la libera Scienza. Mirabile dictu. Non c’è ora del giorno in cui dagli ambienti scientifici senza più segreti (grazie alla Federazione Mondiale degli Scienziati) giunge l’annuncio di scoperte sulla struttura della materia, dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande, da esperimenti, studi e ricerche finalizzati alla ricerca di Dio, per rispondere all’antichissima domanda: di che cosa è fatto il Mondo? Secolo dopo secolo, da Talete fino a Peter Higgs, lo sforzo comune dell’umanità nel tentativo di individuare e descrivere l’atomo attraverso successi sempre parziali, provvisori, limitati ma continui, si scontra con la necessità di offrire risposte esaurienti e immediate a chi finanzia queste ricerche. Magari per un’applicazione tecnologica utile. I progressi scientifici compiuti da Galilei, Newton, Faraday, Maxwell, Einstein, Fermi, Rubbia, sono soltanto alcuni di una lunga serie di successi da Mileto al Cern, alla ricerca dei segreti dell’energia degli atomi, dei nuclei, delle stelle. Tutto ebbe inizio quando l’uomo inventò il fuoco dalla pietra. Eppure siamo appena agli inizi di questa nuova affascinante avventura dell’intelletto perché abbiamo esplorato finora molto poco del Tutto. Lo studio del mondo subnucleare, grazie ai fisici europei, ha conosciuto uno sviluppo straordinario nell’ultimo secolo. Grazie alla creazione della più complessa e potente macchina sperimentale mai concepita e realizzata prima, LHC del Centro Ricerche Nucleari di Ginevra, l’affilatissimo coltello che seziona la materia fino a separarne gli elementi costitutivi (leptoni, mesoni, ecc.), oggi possiamo materializzare l’impossibile secondo Democrito, immaginando la possibilità futura di creare dispositivi ancora più potenti e talmente avanzati (acceleratori orbitali, non solo attorno alla Terra) in grado letteralmente di aprire una finestra su altri mondi e universi. Di spalancarci la porta su “reami” finora confinati nell’immaginazione di poeti e narratori. Si comincia dalla curiosità di pochi per il bene di molti. Si comincia dalla “particella di Dio”, espressione ardita per definire quella che dovrebbe essere la madre di tutte le particelle. Il bosone di Peter Higgs, professore britannico a caccia dei segreti dell’Universo, alias bosone (campo) scalare di Higgs, alias particella di Higgs. Un gran bel regalo di Natale che ci ricorda come la teoria quantistica sia diventata davvero uno strumento indispensabile nella nostra vita quotidiana. Gli economisti l’hanno capita la morale della favola? Perché, vista la sua utilità sociale, economica, politica e culturale, dalla teoria dei quanti dipende la pace mondiale nonché il 25% del prodotto nazionale lordo delle potenze industriali, con migliaia di miliardi di euro di reddito derivante dalla passione dei fisici europei e di inventori come Steve Jobs, dei quali abbiamo un estremo bisogno. Se solamente un governo saggio e onesto, magari ispirato dai Mercati e dal buonsenso del padre di famiglia, avesse messo una tassa speciale, magari sotto l’unità percentuale, sui prodotti che fanno uso di tecnologia quantistica, utilizzandone i proventi per la ricerca, la pubblica istruzione, gli investimenti tecnologici di pace, allora avremmo saggiamente evitato molte guerre stupide della nostra storia, compresa la crisi finanziaria globale. Magari avremmo risolto molte emergenze planetarie, prevedendo e dominando il comportamento irresponsabile degli speculatori neopagani, salvando il pianeta Terra dal riscaldamento globale e, quindi, la civiltà umana dall’autodistruzione. La Scienza ci ricorda qual è il fondamento della libertà, della democrazia, della meritocrazia, della sovranità partecipativa, diretta ed attiva, e dell’autogoverno. Il quadro del modello standard si sta complicando o semplificando? Certamente i fisici hanno scoperto il quark “Alto”, i tre tipi di neutrini, la loro massa piccolissima, ma la violazione della simmetria CP attende una soluzione definitiva poiché i fisici debbono scoprire il processo che ha dato origine alla materia. Il campo scalare di Higgs, il fenomeno naturale primordiale teorizzato ed ora messo alla prova in LHC, riuscirà a salvare la coerenza matematica e sperimentale del modello standard? Siamo vicini a una visione del mondo più semplice? Il campo di Higgs deve essere in grado di creare la massa delle altre particelle nei primi istanti di vita dell’Universo e di infrangere l’elegante simmetria chirale, una delle proprietà fondamentali del neutrino, caratterizzato dall’interazione debole nei processi subnucleari delle stelle. Al Gran Sasso gli scienziati dell’Infn sono riusciti a fotografare il neutrino. Fino a pochi anni fa la probabilità era bassissima, uguale a quella di trovare in un bicchiere d’acqua del Mediterraneo, raccolta a caso, una piccola gemma gettata sempre a caso nell’immensità del mare. Senza i neutrini, addio stelle! Il Sole si spegnerebbe. L’emissione massiccia di neutrini da un nucleo stellare è il segnale dell’apocalisse imminente in grado di scatenare quelle esplosioni di supernova che poi spargono nello spazio gli elementi pesanti cucinati nel cuore delle stelle più grandi, utili alla vita sui pianeti. La particella di Higgs crea la piccolissima massa del neutrino? Come Galilei ebbe il coraggio e la convinzione di sfidare Aristotele in piazza dei Miracoli, così oggi il Cern, LHC e Higgs cercano di stupire il mondo con la più complessa semplicità nascosta in equazioni e simboli apparentemente arcani e incomprensibili. Quella semplicità nascosta in un bosone per la felicità e la sopravvivenza del modello standard. Semplicità, simmetria e bellezza che la Natura, ahinoi, con il linguaggio matematico sembra nascondere ad alcuni filosofi, per rivelarle ai fisici delle particelle grazie all’astrazione logica e ad acceleratori come LHC. A Ginevra l’atmosfera che si respira, leggermente euforica, lascia ben sperare nella meta finale: una teoria unificata semplice e onnicomprensiva del Tutto. Il santo Graal del XXI Secolo. La teoria quantistica, alla quale Einstein aveva dato un grande contributo pur rifiutandola per i suoi concetti radicalmente rivoluzionari degni dell’universo di “Alice nel Paese delle Meraviglie”, fornisce l’impianto di base di un’unificazione di tutte e quattro le Forze fondamentali della Natura: le due subnucleari, debole e forte, con quelle elettromagnetica e gravitazionale. Viviamo su un mondo, la Terra, che gira a circa 1700 chilometri all’ora, dove si manifestano forze che danno agli esperimenti (bombardati in superficie dai raggi cosmici) risultati molto diversi da quelli che avrebbero in un sistema non accelerato. Anche il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso sotto il Re degli Appennini, pur nel silenzio cosmico della montagna, è accelerato. Einstein impose alla sua Teoria della relatività (1915) il requisito della “invarianza” poiché cercava leggi che apparissero uguali a tutti gli osservatori. Invarianza e simmetria danno un senso al lavoro dei giovani fisici ma soprattutto allo zoo di particelle materiali e vettori di interazioni finora scoperti nell’ambito del modello standard. C’è poi la legge di conservazione dell’energia, controllabile sperimentalmente, e il fatto che le leggi fisiche sono invarianti rispetto alle traslazioni nel tempo. La simmetria rivela nuove proprietà della natura dello spazio. Il trentennale lavoro di Einstein di trovare una teoria unificata è stato effettivamente superato, alla fine degli anni Sessanta del XX Secolo, dai fisici Glashow, Weinberg e Salam che sono riusciti a unificare l’interazione debole ed elettromagnetica, spalancando le porte all’esistenza di una famiglia di particelle (bosoni) messaggere; fotone, W più, W meno, e Zeta zero. La scoperta delle ultime tre valse il premio Nobel al fisico Carlo Rubbia nel 1984 per le sue ricerche all’acceleratore LEP del Cern di Ginevra (“papà” di LHC), collisore ideato da Rubbia e fatto costruire, insieme ai massicci rivelatori UA-1 e UA-2, proprio per dare la caccia alle particelle W. Grazie alla tecnica del “raffreddamento stocastico”, inventata dall’ingegner Simon Van der Meer che vinse il Nobel insieme a Rubbia, è stato possibile comprimere gli antiprotoni (antimateria) in un piccolo spazio entro l’anello in cui si accumulano. Quando di scontrano un protone e un antiprotone, si genera una pioggia di particelle in tutte le direzioni. Il compito dei fisici è quello di scoprire dove vanno a finire esattamente e che cosa fanno le decine di particelle emergenti da ogni evento. Alcune di vita molto breve. Oggetti esotici come il bosone di Higgs si producono in questo modo ed hanno un insieme di modi di decadimento attesi che deve essere misurato con estrema precisione nello zoo di particelle emergenti. Gli sforzi dei fisici sono impressionanti. Per scoprire una nuova particella, devono essere soddisfatti molti vincoli. Se la Politica ne avesse di tali, oggi in Italia avremmo un governo dei Migliori tale da assicurare alle imprese un posto di lavoro per chiunque con un gran bel stipendio (pensione compresa) e un credito pubblico invidiabile su scala planetaria. Un’importante condizione è che tutti gli eventi candidati attribuiscano lo stesso valore alla massa della particella in questione nell’ambito degli errori di misurazione ammessi. Con la scoperta di W e Zeta zero e la determinazione che le loro masse erano quelle previste, la teoria elettrodebole che unificava l’elettromagnetismo e l’interazione debole, veniva confermata grazie a Carlo Rubbia e Van der Meer. Gli acceleratori, grandi e piccoli, sorgono un po’ ovunque sulla Terra, fabbricando particelle destinate a confermare o smentire le scoperte. Alcune particelle, poi, possono rivoluzionare la nostra vita quotidiana, a cominciare dalla medicina nucleare. Ma per verificare le scoperte di LHC, servono campioni di molte migliaia di eventi per ciascun modo di decadimento di ogni singola particella di massa maggiore. Come il bosone di Higgs. I fisici imparano molto anche da quello che non c’è. E grazie alle regole ferree della fisica, è stato possibile scoprire il Top Quark. Secondo i teorici le proprietà di una particella esotica, eccettuata la massa, sono ben specificate dal modello e il fatto di non osservarla stabilisce un limite inferiore per la sua massa, grazie alla regola che più grande essa è, più difficile è produrla. Se il bosone di Higgs vale tanti e tali investimenti, lo scopriremo definitivamente nel 2012, producendo più collisioni al secondo (aumentando la luminosità di LHC) se non occorre aumentare l’energia per accrescere la probabilità di produrre, chissà, quali altre particelle ancora più pesanti. Perché le più grandi scoperte giungono dal totalmente inatteso. Grazie alla scoperta di W e Zeta zero, sono stati poi identificati quark, leptoni e bosoni che nell’Atto della Creazione, quando l’energia di miliardi di TeraElettronVolt (TeV, LHC può raggiungere al massimo i 14 TeV) “cucinava” a puntino quello che poi sarebbe diventato l’Universo freddo nel quale viviamo, erano agli occhi di Dio tutte particelle egualmente importanti. Ce ne sono delle altre ancora ignote? La teoria dei quanti afferma che se una particella è instabile (vita breve) allora la sua massa deve essere indeterminata entro certi parametri. Heisenberg assicura che la durata influisce sulla distribuzione della massa: vita lunga significa distribuzione concentrata; vita breve, distribuzione ampia. Quindi, più breve è la vita di una particella, meno determinata è la massa e più ampio lo spettro di valori possibili. Le tre generazioni di particelle finora rivelate sono in ottimo accordo, ci assicurano i fisici, con quanto scoperto dai cosmologi per comprendere l’evoluzione dell’Universo. Completare il modello standard non è affatto semplice: occorre capire bene la gravità. Il non trovare una particella (gravitone, gravitino, bosone di Higgs, ecc.) dice qualcosa sulla sua massa. La probabilità della sua produzione in LHC dipende criticamente dalla massa ignota. Allora i fisici ne fissano i limiti. E chi più del professor Higgs e colleghi, è oggi in grado di spiegarci il concetto di massa? La pesantezza del Top Quark è un indizio molto speciale. Scopriremo il tasto per creare l’Universo? Il nostro viaggio continua verso la semplicità. I fisici si aspettano da LHC un’organizzazione più elegante del mondo in cui viviamo. Concetto ignoto ai politicanti eppure utile per restituire dignità alla Politica. Naturalmente nella Scienza il modello standard ha imposto un’enorme quantità di lavoro senza risolvere l’affascinante tema della gravità quantistica. Dov’è la particella corrispondente alla gravità? È questa la vera sfida del XXI Secolo: costringere la gravità (Teoria della relatività generale) a uniformarsi alla teoria quantistica. In tal caso riusciremmo a dominarla, a Dio piacendo! Come accadde 13.7 miliardi di anni fa, quando l’Universo era più piccolo di un atomo e ci conteneva tutti. Bosone di Higgs o meno, il problema centrale della fisica contemporanea affascina perché per viaggiare nel Cosmo dovremo padroneggiare la gravità quantistica. Teoria M, supergravità, supersimmetria, superstringhe, teoria del Tutto, dimensioni esotiche extra (da 10 a 43) arrotolate in “realtà” talmente piccole e al di là di ogni immaginazione, da risultare visibili solo a Dio. Ce lo ricorda la scultura Space Time, opera dell’artista spaziale Italo Rodomonti. Ok, ma dove sono le particelle in grado di svelarci questi “reami” nascosti? Le energie del bosone di Higgs sono molto lontane dalla “massa di Planck”, il dominio della Creazione e, quindi, dal Creatore. Le aspettative del Cern si aggiornano alle prospettive tecnologiche facilmente accessibili da LHC grazie ai sensori Atlas e Cms. Un atto di suprema umiltà intellettuale, poiché non ci sarebbero ancora dati sperimentali per la grande Teoria dell’unificazione delle forze. La definizione del dominio della massa è piuttosto elastica e dipende dai particolari della reazione che produce una nuova particella. LHC è potente ma se entro un anno la particella di Higgs non dovesse essere confermata, molti dovranno abiurare pubblicamente anni di ricerche, spezzando le loro matite di legno nel più colossale audafé che si ricordi nella storia della fisica. Ecco la posta in gioco. Nel modello standard ci sono tante particelle e forze. Troppe. Higgs con il suo bosone intende risolvere l’incoerenza sostanziale delle assurdità fisiche che vengono fuori quando le teorie dei campi di forze, in accordo con tutti i dati, predicono i risultati di esperimenti condotti a energie molto alte. Come può una teoria essere in accordo con tutti i dati alle basse energie e predire effetti insensati alle alte energie? Qualcosa manca all’appello. Un nuovo fenomeno naturale in grado di mettere tutti d’accordo. Potrebbe anche non essere il bosone di Higgs, magari stiamo osservando qualcos’altro. Una mutazione nel comportamento di una forza. Alle alte energie il modello standard entra in crisi e potrebbe inghiottire particelle e carriere di molti fisici brillanti. La funzione del bosone di Higgs dovrebbe essere questa: influenzare le particelle ad acquisire massa. Un po’ quello che fanno certi politici italiani con i loro potenziali elettori, ingrassandoli a dovere di false promesse e speranze! Se si separano il protone e il neutrone che formano il nucleo del deuterio, la somma delle masse aumenta. Ma nel possibile campo di Higgs, tutta la massa a riposo è dovuta al bosone in questione. Audace teoria che LHC deve provare. I fisici pensano che le masse delle particelle nel modello standard sono una misura di quanto intensamente siano legate con il campo di Higgs. Quali sono le regole che governano gli incrementi delle masse dovuti al campo di Higgs? Fino a qualche tempo fa il valore di aspettazione della massa del bosone di Higgs era di 246 GeV. Tuttavia l’idea di Higgs è stata usata con grande successo per formulare la teoria elettrodebole: il campo di Higgs, insomma, avrebbe il potere di nascondere la simmetria con la capacità di dare massa. In che modo il campo di Higgs determina quella sequenza di masse che è assegnata alle particelle di materia? Secondo Higgs la massa non è una proprietà intrinseca delle particelle ma una proprietà acquisita tramite la loro interazione con l’ambiente. Dunque, la massa non è più un attributo fondamentale della materia? Chiunque di noi può aumentare la propria massa, mangiando dolci, inforcando la bicicletta, viaggiando in moto, auto, treno, nave, aereo, scalando una montagna. Ma di quale massa stiamo parlando? L’idea di Higgs è rivoluzionaria. Prima o poi potrebbe essere possibile padroneggiare una tecnologia tale da permetterci di fare cose che oggi neppure immaginiamo. Il bosone di Higgs dà massa a oggetti in qualsiasi localizzazione, senza direzionalità. Per questo è chiamato bosone scalare, cioè senza direzione, a spin zero. Se esiste, dovrà salvare la coerenza del modello standard oggi zoppo, la cui crisi, nella forma più virulenta, potrebbe sommergere tutti nel peggiore disastro intellettuale nella storia della scienza. L’oggetto del desiderio dovrebbe essere una particella neutra e pesante con proprietà speciali (i quanti di un campo sono insiemi di particelle). Le domande sono molte perché quel bosone potrebbe essere la ragione d’essere non solo di LHC. Anche gli astrofisici sono in febbrile attesa perché, grazie alla particella di Higgs, sarebbe un sogno avere dei campi scalari che partecipano al processo di espansione dell’Universo, svelando il segreto della materia visibile. E, forse, anche di quella oscura. Il campo di Higgs, insomma, è multiruolo ma limitato entro precisi confini energetici. Può essere neutralizzato dalle alte energie e temperature che generano fluttuazioni quantistiche. Sotto i 136 GeV esso spunta e fa il suo lavoro di generare le masse per alcune particelle? Sicuramente non per altre. Perché per queste neppure esiste. La “rottura spontanea della simmetria” fu introdotta da Peter Higgs dell’Università di Edimburgo per superare la crisi del modello standard. Finora ha funzionato, animando le carriere di molti fisici e la complessità del mondo che conosciamo. Se le formule producono assurdità come quelle che stiamo vivendo noi Italiani in quest’assurda crisi economica, i fisici includono il campo di Higgs, modificano la teoria, ottengono una versione coerente anche ad alte energie, salvando il modello standard. Così lavora la Scienza? Niente affatto. Per provare la teoria di Higgs, gli sperimentali devono necessariamente osservare qualcosa in LHC. Einstein sciolse l’etere come il Sole scioglie la neve. Oggi sono di moda il “vuoto”, la materia e l’energia “oscure” perché ignote. Capire il nulla non è altrettanto facile. Materia ed energia oscure negli ultimi trenta anni l’hanno fatta da padrone nelle conferenze e nei seminari non soltanto divulgativi. I grafici affascinano, le torte multicolore meravigliano. Però simulano l’etere come ai tempi di Maxwell, nascondendo il dramma intellettuale in corso d’opera. Ci sono poi i fantasmi delle particelle virtuali. Ma se il campo di Higgs esiste, per fare ciò che fa, deve esistere almeno una particella rilevabile sperimentalmente e neutra elettricamente. Nulla esclude che possano apparire tanti bosoni di Higgs quante le forze e i processi nuovi in grado di manifestarli. Tutte, però, devono avere spin zero, essere connesse con la massa ed apparire a un’energia minore di un TeV. Anche la struttura del bosone è controversa. C’è chi la ritiene una particella elementare. Altri optano per uno zoo di bosoni di Higgs. E c’è una scuola di pensiero affascinata dalla grande massa del Top Quark (non molto lontana dalle misure di Atlas e Cms) e crede che la particella di Higgs sia uno stato legato di questo quark “Alto” e del rispettivo antiquark. I fisici affidano a LHC l’ardua sentenza. Chiaramente Higgs con il suo campo non può risolvere tutti i problemi. Il mistero dell’energia e della materia oscure, attende un nuovo Einstein. Ce lo auguriamo. Magari è già alle Elementari. Un giovane scienziato in grado di sconfiggere il “vuoto” e di farci dono della gravità quantistica. Se la teoria di Higgs è giusta, oltre a salvare il modello standard, quasi universalmente accettato, sarà l’evidenza sperimentale a provare l’esistenza del suo campo di energia, cioè della sua particella vettore. LHC ci riuscirà? Bene. Altrimenti saranno guai seri. Le frontiere della fisica non sono più quelle di pochi anni fa. Oggi gli scienziati di 21 Nazioni, molto prima dei politici, dei banchieri e dei burocrati, trafficando con “volt” e “nuclei” realizzano il sogno degli Stati Uniti d’Europa. I politici britannici se ne facciano una ragione. Sì, perché l’Europa della Scienza, molto prima dell’euromoneta, è già una Nazione Unita. Che, dopo aver inventato il “web”, riuscirà non solo a trovare il bosone scalare di Higgs, se esiste, ma anche a convincere i media, il mondo del cinema, della politica e della cultura, ad avvicinarsi sempre più a queste affascinanti problematiche. Le torri d’avorio sono crollate. La tecnologia dei superconduttori è figlia degli acceleratori di particelle. Anche se l’idea di Higgs si rivelasse sbagliata, l’utilità di osservare nel “dominio della massa” ed oltre, resterebbe la stessa. Un fatto è certo. La massa del bosone di Higgs è influenzata da tutte le masse delle particelle virtuali che occupano il suo spazio, ciascuna dando il proprio contributo di energia, quindi di massa. La povera “particella di Dio”, paradossalmente, rischia di venire ingrassata, sommersa o fagocitata prima ancora di essere scoperta. Ecco perché non è affatto semplice trovarla. Non solo. L’evoluzione dell’Universo è quasi tutta contenuta nelle equazioni della Relatività generale di Einstein. Sappiamo che l’Universo si è espanso nel giro di 10 alla meno 33 secondi (10-33) circa, dalle dimensioni di un protone (10 alla meno 15 metri,10-15) a quelle di una pallina da ping-pong. È l’era dell’inflazione superluminare, probabile effetto di un nuovo campo scalare. Forse della particella di Higgs? Se così fosse le implicazioni sarebbero incalcolabili perché contestualmente alla sua scoperta riusciremmo anche a capire, in un contesto interamente nuovo, il ruolo del campo di Higgs nell’edificare l’Universo durante la fase inflazionaria che ha preceduto l’espansione vera e propria. L’Universo pre-inflazionario era forse permeato da un campo di Higgs il cui potenziale energetico era in grado di generare una spinta superluminare e un’espansione così rapida? Percepite le straordinarie implicazioni tecnologiche? Lafase inflazionaria durò un istante, nell’intervallo di tempo compreso fra 10 alla meno 35 (10-35) e 10 alla meno 33 (1033) secondi dopo la Creazione, dopo il “Fiat Lux”. E la Luce fu! È lo stato iniziale dell’Universo del pre-Big Bang, dominato dall’energia del campo di Higgs. Bisogna provarlo. Un’esplosione colossale innescata da questa fantastica particella, seguita dal rilascio di questa incredibile energia sotto forma di particelle e radiazione di fondo, alle immense temperature dell’Inizio. Se sarà provato, allora il campo di Higgs fu certamente responsabile di tutta quella energia donata per la creazione delle particelle. È la teoria di Alan Guth che cercò di salvare il modello standard del Big Bang conquistando le menti e i cuori dei cosmologi con la sua idea di “inflazione”. Nulla a che vedere con la depressione economico-finanziaria, “dono” dei nostri politicanti nel 150° anniversario dell’Unità d’Italia. Tra l’altro, quella teoria si rivelò utile per vincere il gioco dei “monopoli magnetici”, mai osservati, neppure al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso con un apposito esperimento. Per farla breve, Guth e Higgs insieme, potrebbero risolvere un sacco di problemi. L’inflazione che si manifesta a una velocità molto più alta di quella luce (senza violare Einstein, perché la Teoria della relatività non fissa limiti di velocità con cui lo spaziotempo può espandersi!) è proprio ciò che fa per noi. L’inflazione durò un istante (che potrebbe condurvi ovunque nell’Universo) generando lo spazio e il tempo. Poi l’espansione raggiunse la velocità della luce, diminuendo sempre più. Ciò garantisce ai nostri più potenti telescopi di scoprire sempre nuovi oggetti man mano che la loro luce giunge sulla Terra. Ma garantisce anche l’uniformità dell’Universo nella grande scala. Resta da chiarire perché oggi si espande accelerando. Quell’antica crescita inflazionaria ha prodotto l’effetto di “stirare” lo spazio curvo trasformandolo in una grande superficie piatta, al netto delle fluttuazioni casuali di energia. Che sono i “semi” cosmici delle galassie piantati durante la fase inflazionaria e le cui tracce osserviamo nella radiazione di fondo (satelliti Cobe, Wmap e Planck). Da dove vengono quelle piccole variazioni di densità nella distribuzione della materia primordiale che gli scienziati hanno chiaramente identificato? Tutti i satelliti hanno visto l’Universo giovane, all’età di circa 270mila anni: quelle piccole differenze di temperatura di pochi milionesimi di grado, sono forse frutto del campo di Higgs? Il premio Nobel George Smoot ricorda che “è stato come vedere la faccia di Dio”. I fisici, a volte, si lasciano un po’ andare. La fase inflattiva, però, ha davvero formattato l’Universo come accade alle memorie dei nostri calcolatori. In quegli istanti, rivela Heinz Pagels, “l’inflazione ci ha tagliati fuori da tutto quanto è successo prima, stirando e diluendo tutte le strutture preesistenti”. Poi, 10 alle 17 secondi dopo (1017), siamo nati tutti noi. La particella di Higgs ci introduce, forse, a una nuova teoria della gravità quantistica, totalmente soddisfacente, che spieghi com’è davvero nato l’Universo? Il fisico Stephen Hawking un giorno affermò che “l’Universo è ciò che è perché era ciò che era”. Solo l’applicazione della teoria dei quanti alla cosmologia può mostrarci le condizioni iniziali della Creazione e, di riflesso, l’Atto creativo di Dio. Se il bosone di Higgs esiste, ci aiuterà a formulare una nuova grande Teoria, più semplice di quanto si creda, in grado di descrivere le condizioni iniziali dell’Universo, tutte le leggi di Natura, tutte le osservazioni cosmologiche e, in definitiva, il nostro futuro. Il dipinto di Higgs può allora avere un senso. La cornice è bella. LHC è al lavoro. Chi riuscirà con qualche altro piccolo colpo di pennello a completare il quadro?
© Nicola Facciolini
[…] Nicola Facciolini “Osservate tracce di bosoni di Higgs al Cern di Ginevra Crearono Universo durante la fase inflattiva“ […]