A cura di MIUR - Direzione Generale per il coordinamento la promozione e la valorizzazione della ricerca

La caccia fortunata alla particella più importante

La caccia fortunata alla particella più importante

I fisici sono riusciti a trovare finalmente il bosone di Higgs, la particella che mancava per completare il quadro del modello con cui gli scienziati immaginano funzioni l’universo. Una caccia durata decenni che ha visto protagonisti gli italiani e che li vedrà ancora in prima linea nelle prossime ricerche.

Per la comunità dei fisici - e non solo per loro - è la scoperta del secolo. Quando l’italiana Fabiola Gianotti, il 4 Luglio 2012, ha annunciato l’osservazione di una particella che aveva una enorme somiglianza con il bosone di Higgs è esploso l’entusiasmo. Mezzo secolo di caccia si era concluso.

Questa particella, ipotizzata negli anni ’60, è stata cercata dapprima a Ginevra con l’acceleratore LEP, in funzione al laboratorio europeo del CERN dal 1989 al 2000. Quegli sforzi sono stati però vani, perché gli apparati sperimentali del LEP potevano osservare fino a una massa di 114 GeV: troppo poco. Nel 2001 la caccia si è spostata negli Stati Uniti d’America, al Fermilab, un laboratorio che prende il nome dal grande fisico italiano Enrico Fermi, provvisto di una macchina acceleratrice protone-antiprotone da 1.8 TeV, il Tevatron. Ma anche qui non è stato possibile osservare il bosone di Higgs.

Quando finalmente è entrato in funzione il potentissimo LHC (Large Hadron Collider) di Ginevra, trasferendo la ricerca nuovamente in Europa, questa volta la caccia (a cui partecipano oltre 700 fisici italiani coordinati dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) si è conclusa con successo.

Il bosone di Higgs d’altronde non è una particella qualunque. È quella che dà massa alle altre particelle subatomiche che compongono l'universo.

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I fisici teorici affermano che nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, l'universo era una zuppa di energia caldissima. Le particelle non avevano massa e tre delle quattro forze fondamentali della natura che sperimentiamo oggi - elettromagnetismo e le forze nucleari forti e deboli - erano aggrovigliate insieme. Durante la rapida espansione dell'universo, questa forza unitaria si è separata in forza “forte” (che spinge i quark a legarsi insieme per formare protoni e neutroni) e forza “elettrodebole” (una combinazione delle forze elettromagnetica e nucleare debole). Mentre l'universo continuava a crescere, qualcosa chiamato campo di Higgs è emerso e si è diffuso in tutto lo spazio. Questo campo esiste ovunque nel cosmo e tutte le particelle ad alta energia create nel Big Bang vi interagiscono mentre volano alla velocità della luce. Mentre corrono attraverso il campo, molte particelle avvertono una resistenza e rallentano. È questa inerzia che noi leggiamo e interpretiamo come la massa. Il campo di Higgs è il vento in faccia che le particelle avvertono costantemente e che dà loro questa caratteristica. Certo non tutte le particelle hanno massa uguale: questo perché alcune particelle interagiscono con il campo di Higgs più di altre.

Per le particelle di luce, come per gli elettroni e i neutrini, viaggiare attraverso il campo di Higgs è come correre per la strada. Particelle più pesanti, come “cugini più grandi” dell'elettrone, il muone e il tau, sperimentano invece una resistenza più forte: se elettrone e fotone corrono per strada, muone e tau nuotano in una piscina piena d'acqua. Per il quark top, che è di gran lunga la più pesante delle particelle nel modello standard, viaggiare attraverso il campo di Higgs è guadare una vasca piena di miele viscoso. E ognuna di loro, così, acquisisce una massa diversa.

Fonte Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
Data pubblicazione 19/02/2013
Organizzazioni INFN
Tag Scienze fisiche e ingegneria