Higgs: il bosone dei miracoli

In questi ultimi tempi il CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) mostra al mondo intero che la materia non è ciò che sembra, e che la sua proprietà più evidente, la massa, è l’energia contenuta nei componenti più elementari, in sé privi di massa.

L’anima scientifica della materia era la massa, che definiva la resistenza della stessa al movimento, la sua inerzia. Per Newton la massa stabiliva il collegamento tra forza, movimento e gravità. Quando formulò le tre leggi del moto, assunse come fondamentale “il principio di conservazione della massa”. Gli scienziati accettarono tale principio per più di due secoli, sia per ragioni filosofico-teologiche, sia perché funzionava alla perfezione sia nella chimica che nella descrizione del moto dei pianeti. Ma non sempre funziona:

in realtà la conservazione della massa può essere violata. Al LEP (Large Electron-Positron Collider) di Ginevra sono state accelerate particelle fino a velocità prossime a quella della luce che, sfrecciando in direzione opposta, si scontrano, si frantumano e producono molti detriti. Una collisione tipica può produrre particelle tremila volte più massive di quelle di partenza. La possibilità di creare massa da una qualunque forma di energia è insita nella formula più nota della relatività di Einstein, E=mc2, che permette di descrivere in termini quantitativi la conversione di energia in massa. La relatività speciale suggerisce che massa ed energia siano forme diverse della stessa proprietà e che un principio molto più generale guidi tale trasformazione: la conservazione dell’energia.

Ogni particella elementare è caratterizzata da un preciso valore della massa a riposo: ogni elettrone nell’universo possiede la medesima massa. Può avere invece diversa energia cinetica legata al suo stato di moto. É il valore della massa a riposo di ogni particella una costante universale della fisica? Secondo la teoria quantistica dei campi, che ha nel MS (Modello Standard) il suo più accreditato sviluppo, le masse di ogni particella elementare conosciuta non sono indipendenti, ma sono determinate dall’interazione tra il campo quantistico associato alla specifica particella e il campo di Higgs. Proposto dal fisico scozzese Peter Higgs nel 1964, il campo di Higgs è un ipotetico campo quantistico che pervade l’intero universo e interagisce con ogni altro campo quantistico, associato alle diverse particelle elementari e ai campi di forze conosciute: la forza elettromagnetica, alla base di elettricità e magnetismo; la forza debole, responsabile del decadimento radioattivo; la forza forte, responsabile dell’unione dei protoni all’interno dei nuclei atomici.

Secondo il MS della fisica particellare, ogni forza è trasmessa tramite dei quanti, detti bosoni: l’interazione tra particelle avviene proprio attraverso lo scambio dei corrispondenti bosoni. Per esempio, la forza elettromagnetica è trasmessa dai bosoni del campo elettromagnetico, che chiamiamo fotoni: i quanti di luce.Il modello è in grado di spiegare la natura di queste tre forze e di unificarle in un’unica interazione fondamentale. Se tuttavia non esistesse il bosone di Higgs il Modello Standard descriverebbe un universo fatto di particelle senza massa, ossia particelle di sola energia. É grazie al campo di Higgs che le particelle elementari acquistano la loro identità. Immaginiamo che le particelle siano i giocatori di una partita di calcio e che si manifestino a noi spettatori scambiandosi il pallone. In quest’ottica, il pallone, ovvero il bosone di Higgs, dà loro identità e massa.

I fisici del CERN sono determinati a rivelare questa particella così elusiva cui venne dato il nome di particella maledetta, divenuta in seguito particella di Dio per ragioni editoriali. La sua scoperta può indicare la via verso la formulazione di una teoria del tutto capace di descrivere il mondo microscopico. Il bosone di Higgs fornisce la prova dell’esistenza di un meccanismo che ha il ruolo di dare massa alle particelle elementari. Il metodo scientifico ci impone di non accettare ipotesi, se non direttamente verificate sperimentalmente in modo esaustivo e completo. E per quasi 50 anni è mancata la rivelazione diretta del bosone di Higgs. Oggi vi sono prove sempre più stringenti che esista grazie alla sfida tecnologica attuata dai ricercatori di LHC (Large Hadron Collider), il più grande acceleratore di particelle mai creato. C’e’ forse nella sua grandezza qualcosa di più? Possiamo vederlo come la fonte di innovazioni tecnologiche di portata mondiale, quali Internet e la PET (Positron Emitted Tomography). Al CERN lavorano scienziati che sono capaci di valicare i limiti dell’interazione umana, proprio come LHC ha abbattuto le frontiere del microcosmo noto. Ed è per questo che il CERN non è solo uno dei più grandi laboratori di ricerca della storia dell’uomo ma è anche un centro di relazioni umane unico, espressione di grande solidarietà, condivisione e unione.

Bibliografia:

G. Kane, Il giardino delle particelle, TEASCIENZE, 1997.

F. Wilczek, La leggerezza dell’essere, Einaudi, 2009.

Andrea Meli