CAMPO E
BOSONE DI HIGGS
Noi sappiamo che tutte
le cose che esistono, esistono semplicemente perché hanno una massa. Eppure
ancora oggi nessuno sa cosa sia la massa, cioè cosa esattamente la crei.
Inoltre le masse delle particelle che si misurano hanno valori ben precisi,
senza i quali la materia non avrebbe la forma che ha. Il Modello Standard non è
in grado di spiegare una delle più importanti proprietà delle particelle
elementari, cioè la loro massa. Nel 1964 il fisico scozzese P. Higgs ha
proposto un meccanismo che permetterebbe di spiegare il modo in cui le
particelle fondamentali possono avere massa senza violare le leggi di simmetria della fisica moderna (in fisica, un sistema
si dice dotato di simmetria se si conserva inalterato in seguito a
trasformazioni quali ad esempio il ribaltamento speculare, l'inversione
temporale, la traslazione spazio-temporale). A questo scopo Higgs ha teorizzato
che l'intero spazio sarebbe permeato da un campo di energia elettricamente
neutro, oggi denominato campo di Higgs,
in qualche modo concettualmente simile al campo elettromagnetico. Dal momento
che le particelle si muovono attraverso lo spazio esse devono viaggiare per
forza attraverso questo campo e se interagiscono con esso acquisterebbero da
esso la massa. In tal modo le differenze più svariate che si misurano nella
massa delle tante particelle scoperte fino a oggi, dipenderebbero semplicemente
dal grado di interazione che esse hanno con il campo di Higgs. Le particelle
che interagiscono più intensamente con il campo di Higgs assumerebbero massa
maggiore, quelle che subiscono un'interazione meno intensa avrebbero massa
inferiore. Ma dal momento che la teoria quantistica prevede dualità di onde e
particelle, allora il campo di Higgs dovrebbe per forza produrre una particella
quantizzata. Questa particella viene chiamata bosone di Higgs, una particella che si prevede essere priva sia di
carica elettrica che di spin intrinseco. In realtà esso non si comporta come i
bosoni, dal momento che esso non agisce come mediatore di forza. Il bosone di
Higgs non è né una particella di materia né un portatore di forza bensì un trasmettitore di massa, ma non è stato
ancora osservato. Riuscire a trovarlo confermerebbe l'ipotesi di Higgs sulla
reale natura della massa di tutte le particelle e infatti la ricerca del bosone
di Higgs al giorno d'oggi è probabilmente il più importante obiettivo della
fisica particellare. Non comprendiamo in che modo il campo di Higgs possa avere
origine. Si ritiene che le masse elevate dei bosoni W+, W-
e Z0 dell'interazione debole siano una conseguenza del meccanismo di
Higgs. Si sospetta che il meccanismo di Higgs tragga origine dalla rottura
spontanea della simmetria tra materia e antimateria, cosa che si ritiene si sia
verificata all'origine dell'universo ma che ancora non si riesce a spiegare.
Attraverso questo processo il campo di Higgs sarebbe in grado di indurre una
direzione speciale nello spazio alla forza elettrodebole, la quale farebbe in
modo che i tre bosoni della forza debole diventino molto pesanti e il bosone
della forza elettromagnetica rimanga senza massa. Ciò perché il campo di Higgs
rallenterebbe i bosoni vettori dell'interazione debole, i quali altrimenti
viaggerebbero alla velocità della luce. Questo rallentamento darebbe ai bosoni
vettori una massa effettiva, come, di fatto, si misura. Gli effetti del campo
di Higgs si innescherebbero a temperature ed energie sufficientemente basse ed
in particolare nelle fasi successive alle fasi iniziali del Big Bang, facendo
in modo che i bosoni vettori abbiano effettivamente una massa. Ciò
determinerebbe la differenziazione dell'interazione unificata elettrodebole in
interazione elettromagnetica e interazione debole. Tutti i fermioni
scambierebbero informazioni con il campo di Higgs interagendo con esso tramite
il bosone di Higgs e secondo l'intensità dell'interazione avremo particelle più
massicce di altre. I fotoni non avrebbero massa semplicemente perché la loro
interazione con il campo di Higgs è inesistente. Si prevede che nel caso di
energie elevatissime, tutti i quark e leptoni siano completamente privi di
massa: ciò avviene solo negli stadi iniziali dell'universo. Il campo di Higgs,
associato alla rottura spontanea della simmetria, porterebbe alla divisione
della forza elettronucleare: l'unificazione
delle forze elettromagnetica, nucleare forte e debole, che si suppone esista
solo in condizioni di elevatissima energia. Pur esistendo un modello matematico
che descrive il campo e il bosone di Higgs non esiste ancora una prova
sperimentale. Un'evidenza indiretta suggerisce che il bosone associato al campo
di Higgs debba avere una massa corrispondente a un'energia molto elevata,
attorno a 200 GeV o poco meno. Dunque il bosone di Higgs è sicuramente alla
portata degli acceleratori più potenti di oggi ma ancora non è stato trovato.
Ci si aspetta che il Large Hadron
Collider (LHC), presso il CERN, la cui prima accensione è avvenuta il 10
settembre 2008, sia in grado di confermare l'ipotetica esistenza di tale
bosone. Infatti, LHC è in grado di raggiungere la spaventosa energia di 14.000
GeV. Se il bosone di Higgs è anche più pesante di 200 GeV e se esiste
veramente, deve essere osservato per forza. Il bosone di Higgs, data la sua
importanza nella teoria del modello standard, è stato soprannominato dal Premio
Nobel per la Fisica, L. M. Lederman, come la 
'Particella Dio'.
Simulazione di un evento in un acceleratore che
dovrebbe generare un bosone di Higgs.
Rappresentazione grafica del campo di Higgs
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