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Premio Nobel a Higgs e Englert per la scoperta del Bosone primigenio
Cern, Giulio Giorello commenta il record raggiunto di livelli di energiaIl premio Nobel della Fisica e' stato conferito ai professori Peter Higgs dell'Universita' di Edimburgo e al professor Francois Englert dell'Universita' di Bruxelles per la scoperta della 'particella di Dio'.
Lo ha annunciato l'Accademia Reale delle Scienze di Stoccolma. Il bosone di Higgs e' una particella elementare, ossia non e' composta da altre particelle piu' piccole. Piu' tecnicamente appartiene alla famiglia chiamata dei "bosoni di gauge", che comprende anche i fotoni, i cosiddetti "bosoni deboli" W e Z (la cui scoperta valse a Carlo Rubbia il Nobel per la Fisica nell''84), il gluone (che non ha massa, come il fotone) e il gravitone (per il quale non esistono ancora prove sperimentali).
Ma come nasce e come 'funziona' il bosone di Higgs, chiamato dai media "la particella di Dio"? Al momento del Big Bang, minuscole particelle super-energetiche si stringevano in ogni goccia dello spazio-tempo. Man mano che le gocce si espandevano e si raffreddavano, le particelle perdevano energia. La "massa", non esisteva ancora. Cento miliardesimi di secondo dopo il Big Bang, quando la temperatura si era abbassata appena un po', l'intero Universo si ritrovo' improvvisamente permeato da un campo, una presenza che si materializzo' di colpo proprio come l'acqua che, raffreddandosi, diventa improvvisamente ghiaccio. Questo cambiamento di fase e' quello che i fisici chiamano "campo di Higgs", e che ebbe un effetto incredibile sulle particelle elementari che, fino a quel momento, si muovevano alla velocita' della luce. Alcune, infatti, lo attraversavano senza nessun impedimento mentre altre si trascinavano con maggiore difficolta', rallentando la loro velocita'. Una parte dell'energia delle particelle veniva riconvertita in qualcos'altro.
AFFARI RIPERCORRE TUTTE LE TAPPE DELLA SCOPERTA
LA CONFERMA - E’ il bosone di Higgs previsto dai fisici teorici nel 1964 la particella scoperta nel luglio scorso al Cern di Ginevra. E' quanto consente di affermare il primo identikit, basato sui dati raccolti nel 2011 e nel 2012 dagli esperimenti Atlas e Cms. Non è ancora un ritratto definitivo, ma sufficiente per affermare che si tratta proprio della particella prevista dalla teoria di riferimento della fisica, chiamata Modello Standard. I risultati completi saranno presentato in luglio.
Oltre a determinare la massa delle particelle, il bosone di Higgs potrebbe aver dato il primo impulso all'espansione dell'universo. I dati riguardano una proprieta' chiamata spin e che può essere visualizzata come il senso di rotazione di una particella e indicano che lo spin del bosone di Higgs sarebbe uguale a zero, proprio come prevede la teoria di riferimento della fisica, chiamata Modello Standard. I dati presentati a La Thuile sono sufficienti a dire che la particella scoperta nel 2012 al Cern di Ginevra sia proprio il bosone di Higgs e adesso la sfida é conoscere più da vicino questa particella prevista dai fisici teorici quasi 50 anni fa. La particella scoperta nel luglio 2012 al Cern di Ginevra è "un Higgs", ma adesso bisogna capire quali, ha precisato il direttore scientifico del Cern di Ginevra, Sergio Bertolucci.
''Finora potevamo parlare soltanto di una particella simile al bosone di Higgs, ma adesso possiamo dire che è sempre più chiaro che è un Higgs", ha precisato. Particelle di Higgs sono infatti previste da più teorie. La teoria di riferimento della fisica, chiamata Modello Standard, ne prevede uno soltanto, mentre secondo altre teorie esiste più di una particella di Higgs: la teoria della supersimmetria, per esempio, ne prevede almeno cinque. "Ci vorranno anni di dati", ha detto ancora Bertolucci, per riuscire a capire quale sia la particella di Higgs scoperta nel 2012. Per uno dei protagonisti della scoperta del bosone di Higgs, Guido Tonelli, dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e fino al 2011 a capo dell'esperimento Cms, ''comincia una lunga avventura, all'insegna di una grande collaborazione nella ricerca tra fisici e astrofisici" .
La nuova sfida è infatti di capire il ruolo che il bosone di Higgs possa aver giocato nei primi istanti di vista dell'universo, ad esempio dando il via al processo di espansione ancora in atto. "Abbiamo un primo identikit della particella scoperto nel luglio scorso, con dati importanti che nell'identikit di una persona potrebbero corrispondere ad altezza, colore degli occhi e perfino qualche segno particolare. Non è ancora un identikit definitivo in quanto i dati completi saranno presentati in estate, ma sufficiente per dire che sia 'lui'", ha spiegato Tonelli. "Abbiamo capito il meccanismo con il quale le particelle acquistano la massa e adesso il nuovo passo è studiare il ruolo che il bosone di Higgs potrebbe aver avuto nei primi istanti dell'universo".
IL PRIMO ANNUNCIO - E'ufficiale. Nella conferenza stampa in corso a Ginevra, il Cern annuncia: è stata scoperta la particella di Dio, ossia il bosone di Higgs grazie al quale ogni cosa ha una massa, al centro delle ricerche degli scienziati per oltre mezzo secolo. L'esistenza della particella era stata prevista 48 anni fa. I dati, accolti da un applauso fragoroso, sono stati presentati dagli esperimenti Cms, coordinato dall'americano Joseph Incandela, e Atlas, coordinato dall'Italiana Fabiola Gianotti. Entrambi indicano con un margine di errore vicino allo zero che il bosone di Higgs ha dimensioni comprese fra 125 e 126 miliardi di elettronvolt (GeV), ossia pesa fra 125 e 126 volte più di un protone, una delle particelle che costituiscono il nucleo di un atomo.
"L’individuazione del bosone di Higgs è senza alcun dubbio un risultato di grande importanza sperimentale nella comprensione dei costituenti fondamentali della materia - spiega ad Affaritaliani.it Telmo Pievani, docente di Epistemologia Genetica presso la Facoltà di Scienze della Formazione dell'Università degli studi di Milano Bicocca. E’ straordinario anche il modo in cui ci si è arrivati, attraverso una collaborazione internazionale senza precedenti (con il nostro paese tra i protagonisti di punta). Ora, come succede sempre nella scienza, la fine di una “caccia” (questa è durata quasi cinquant’anni!) sarà l’inizio della successiva. L’esperimento permette infatti di confermare un modello, ma attraverso i nuovi dati può anche aggiornarlo e richiedere estensioni. Mi ha colpito molto, dalle prime notizie che trapelano, il fatto che la scoperta del bosone sembra recare con sé tracce dell’esistenza di altre particelle. Così la tanto attesa risposta a una domanda diventa generatrice di nuove domande e di future scoperte. Questa è una caratteristica bellissima della scienza che difficilmente si ritrova in altre forme di ricerca".
ESCLUSIVO/ IL CERN AD AFFARI L'AVEVA ANNUNCIATO
"Risultato grandioso" commenta con Affaritaliani.it la scienziata del Cern Fabiola Gianotti. E aveva spiegato qualche tempo fa prima della conferma: "Gli esperimenti ATLAS e CMS hanno analizzato i dati registrati nel 2011 e sono riusciti a restringere la zona di massa in cui il bosone di Higgs, se esiste, puo' trovarsi ad una finestra molto stretta. Su questa finestra ci concentreremo nei prossimi mesi. Abbiamo anche osservato un eccesso di eventi in questa finestra che potrebbero essere dovuti ad un "segnale" di questa particella oppure a fluttuazioni di processi noti. E' presto per poter tirare conclusioni definitive. Occorrono piu' studi e piu' dati (che saranno registrati nel 2012).Con i nuovi risultati sarà possibile arrivare a fornire molte risposte sull'origine della massa e delle particelle elementari, sull'origine della materia oscura e quindi dell'universo". E annuncia: "Entro la fine del 2012 prevediamo grosse novità nel campo dell'astrofisica". E così si è verificato.
LA SCOPERTA/ I primi dati sono stati presentati a Ginevra, in un affollatissimo seminario organizzato al Cern, dai coordinatori degli esperimenti Atlas e Cms, gli italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). Secondo gli scienziati, l'esistenza del bosone di Higgs, ipotizzato dal fisico britannico Peter Higgs oltre 40 anni fa, rende possibile la massa. In pratica i nuovi dati restringono il campo per la ricerca del bosone a energie minori del previsto si spera di fugare ogni dubbio entro la fine del 2012, quando sarà stata completata l'analisi degli esperimenti in corso.
La ricerca è stata condotta da due squadre differenti (con gli esperimenti denominati Atlas e Cms) ciascuno all'oscuro dei risultati dell'altro. Entrambe hanno lavorato in collaborazione con il Cern e con l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare vicino a Ginevra.
Ma l'India rivendica il merito della scoperta... - Anche l'India rivendica una parte di merito nella scoperta della 'particella di Dio". Se il fisico scozzese, Peter Higgs, e' stato il primo a intuirne l'esistenza, il nome bosone deriva infatti dal fisico indiano Satyendra Nath Bose. Nato a Calcutta nel 1894, a 30 anni arrivo' alla formulazione di una nuova statistica quantistica per le particelle di spin intero e invio' il suo lavoro ad Albert Einstein, che applico' la stessa idea agli atomi. Nacque da qui la famosa statistica di Bose-Einstein. Sebbene siano stati assegnati diversi premi Nobel per la scoperta dei bosoni, il padre indiano della particella non ha mai ricevuto il prestigioso riconoscimento. "Se l'India fosse stata indipendente, le cose sarebbero andate in modo diverso", ha commentato Archan Majumdar, astrofisico del centro Nazionale Satyendra Nath Bose di Kolkata.
Buchi neri
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Il bosone di Higgs è la particella che (in teoria) conferisce la massa a tutte le altre particelle e, di conseguenza, a tutta la materia dell'Universo visibile. Il suo nome si deve a Peter Higgs, uno dei fisici che nei primi anni Sessanta hanno proposto il meccanismo grazie al quale avverrebbe questo processo. Secondo la teoria, è possibile immaginare un campo di Higgs che permei lo Spazio, pieno di questi bosoni. Come i fotoni trasferiscono energia alle particelle che incontrano, così i bosoni di Higgs sarebbero vettori di massa. Le varie particelle elementari attrarrebbero più o meno bosoni di Higgs, mettendo su più o meno massa.
Particella di Dio
È per un'astuta mossa del Nobel Leon Lederman che il bosone di Higgs è soprannominato in questo modo dalla fine degli anni Ottanta. A quel tempo, Lederman era direttore del Fermilab di Chicago e sperava di ottenere i finanziamenti per costruire in Texas l'enorme acceleratore Superconducting Super Collider (mai costruito). Un nome come particella di Dio, infatti, poteva ammorbidire i deputati del Congresso. Leggenda vuole, poi, che il suo libro, pubblicato nel 1994, si dovesse intitolare, in realtà, The Goddamn Particle (la particella maledetta), e che l'editore decise di togliere damn.
Come l'hanno cercato
Lanciando fasci di protoni ad altissima energia all'interno degli acceleratori di particelle (come il Large Hadron Collider, Lhc) e facendoli scontrare. Dalle collisioni si generano molte particelle elementari (leptoni, quark, bosoni W e Z, ecc), con caratteristiche energetiche note. Lì in mezzo potrebbe formarsi anche l'Higgs. Nel marasma di dati che escono dagli acceleratori gli scienziati cercano quello non previsto: per esempio un numero troppo alto di collisioni in corrispondenza di un certo intervallo di energia compatibile con quelli previsti per l'elusiva particella.
Cosa era stato trovato finora
Una traccia. In corrispondenza del valore di 125 gigaelettronvolt (GeV), due gruppi dell'Lhc (le collaborazioni Atlas e Cms), indipendentemente, avevano osservato, lo scorso dicembre, un eccesso di segnali. E 125 GeV è uno di quei valori compatibili con l'Higgs. Se il valore sarà confermato, significa che il bosone di Higgs ha una massa pari a 130 volte quella di un protone (in base alla relazione E = mc²). Anche i dati del Tevatron di Batavia, diffusi lo scorso marzo, sono in accordo con quelli dell'Lhc. Il picco di segnali, però, poteva anche essere un falso positivo: un errore o semplicemente un caso. O anche, per ipotesi, la traccia di una particella completamente diversa da quella immaginata. Il meccanismo di Higgs non predice la massa del bosone, ma dà un range di masse possibili; i vari esperimenti condotti finora hanno escluso molti valori e rimane plausibile solo il range 114-141 GeV. Ora è arrivata la conferma di un segnale nella regione di massa di 126 GeV da parte di Cms e di 126.5 GeV per Atlas.
Come si passa da traccia a prova?
Gli scienziati misurano la significatività statistica, cioè la probabilità che quel picco a 125 gigaelettronvolt sia solo frutto del caso, e non dovuto alla reale formazione del bosone di Higgs. Si parla di sigma: finora eravamo a 3 sigma e significava che questa probabilità era dello 0,13%. Bisogna arrivare almeno a 5 sigma (0,000028%) per trasformare l'indizio in scoperta. Ora si è arrivati a 4,9 sigma con Cms, quindi una probabilità di errore dello 0,000028%, e 5 sigma con Atlas.
Cos'è il Modello Standard?
È una teoria, con rispettivo modello matematico, che spiega il comportamento delle 12 particelle elementari finora predette e osservate. Si tratta di sei tipi di quark e sei di leptoni (tra cui l'elettrone e il neutrino), più le particelle mediatrici di forza: il fotone, mediatore dell'interazione elettromagnetica, i bosoni W e Z, che mediano la forza debole; i gluoni, che mediano la forza forte. Come si legge sul sito del Cern: " A oggi, essenzialmente tutte le verifiche sperimentali del Modello Standard si sono dimostrate in accordo con le previsioni; nonostante ciò, il Modello Standard non può considerarsi una teoria completa delle interazioni fondamentali, dal momento che non include una descrizione della gravità e non è compatibile con la relatività generale". Il bosone di Higgs colmerebbe questa lacuna, spiegando l'origine della massa.
Dopo l'Higgs...
Ci sono diversi possibili scenari. Se un bosone di Higgs esiste, potrebbe essere diverso da quello previsto. Oppure potrebbe venir fuori che la particella, così come se la immaginano i fisici, non esiste. Allora si guarderà oltre il Modello Standard e bisognerà considerare le altre teorie. Come quella della Supersimmetria, che prende in considerazione molte strane particelle non previste, compresi diversi tipi di bosoni di Higgs. Ogni volta che sentiremo parlare di un picco non atteso presso un acceleratore di particelle, potrebbe trattarsi di un nuovo primo indizio.
