Con i rilevatori ATLAS e CMS, forse per lestate del 2012, si potrà annunciare l’esistenza della “Particella di Dio”, ma  sarà solo una parte della composizione dell’Universo.

Scoperta la “Particella di Dio?” Il Bosone di Higgs è una delle grandi varietà di particelle, che costituiscono i semi di quel giardino che è il nostro Universo.

di Erasmo Venosi

ROMA – Nei giorni scorsi, al CERN di Ginevra, si è svolto un seminario importante per il futuro della fisica. I due portavoce degli esperimenti ATLAS e CMS hanno presentato lo stato della ricerca sul bosone di Higgs, conosciuta impropriamente come “particella di Dio”.

Il Bosone di Higgs è una delle grandi varietà di particelle, che costituiscono i semi di quel giardino che è il nostro Universo. La teoria che oggi più accreditata e più sviluppata si chiama “Modello Standard” e  rappresenta la visione che hanno ora i fisici dell’Universo, che, comunque, pur essendo la teoria più avanzata, lascia numerose domande senza risposte.

Il Modello Standard descrive l’Universo in termini di “scambio” tra 17 particelle fondamentali che costituiscono materia ed energia e unifica tre delle 4 forze che agiscono nell’Universo: la forza nucleare forte, che tiene legati i nuclei degli atomi; la forza nucleare debole, responsabile della radioattività; e la forza elettromagnetica (ognuno ha avuto l’esperienza di una calamita che attrae un chiodo o di un pettine di plastica che si carica di elettricità passandolo tra i capelli).

La forza di gravità non è descritta nel modello Standard. Ogni forza è trasportata da una particella particolare, chiamata bosone mediatore, che viene scambiato tra le particelle. Ci sono inoltre due particelle non osservate e oggetto di ricerca: il bosone di Higgs, che costituisce il veicolo con il quale verrebbe data massa a tutte le particelle che ne sono prive, come ad esempio le particelle della luce (fotoni) e le particelle supersimmetriche.

Infine una grande lacuna caratterizza il Modello Standard: l’esistenza del bosone che trasmette la forza  di gravità, ovvero il cosiddetto “gravitone”. La scoperta della particella di Higgs dipende dalla massa: ci vuole un’immane quantità di energia per produrre una particella. Questa grande energia può essere prodotta nei grandi acceleratori.

L’acceleratore utilizzato per la ricerca del “bosone di Higgs” è il più grande del mondo, si trova al CERN di Ginevra e il suo nome è LHC (large hadron collider; grande collisore di adroni); è un tunnel circolare seppellito a 100 metri di profondità in una galleria circolare di 27 km di circonferenza e di diametro di 3,8 metri scavato nella roccia; LHC prende fasci di protoni (particella di carica positiva e componente dei nuclei degli atomi, costituito da tre “semini” chiamati quark, tenuti insieme da una “colla” chiamata gluone), già preaccelerati e li orienta in direzioni opposte per farli scontrare frontalmente con una elevatissima energia (14 Tev): lo “scontro” genera nuove particelle create dall’energia pura. La massa delle particelle è misurata usando la famosa relazione che l’energia si ottiene moltiplicando la velocità della luce per se stessa, poi per la massa ed esprimendo il risultato nell’unità di misura per l’energia, che si usa in campo atomico, cioè l’elettronvolt eV).

LHC è anche una straordinaria sfida tecnica perché sono stati sviluppati strumenti innovativi . Possiamo considerare LHC come un potentissimo “microscopio”, che ci consente di guardare dimensioni inferiori a 100 miliardesimi di miliardesimi di millimetro: rappresenta il più ambizioso e complesso progetto scientifico che avrà ricadute tecnologiche notevoli al di là dell’interesse scientifico. Un parametro importante, in un acceleratore di particelle, è la “luminosità”: rappresenta il numero di collisioni al secondo che si producono.

Il 17 giugno di quest’anno nell’acceleratore sono state prodotte  350 milioni di milioni di collisioni  tra protoni e protoni, registrate da ATLAS e CMS. Un successone, se si considera che l’obiettivo 2011 era di raggiungere un quinto di queste collisioni. Questo altissimo numero di collisioni forniscono una marea di dati, che combinati nei due esperimenti “ Atlas e Cms” sono sufficienti a “stanare” eventualmente il bosone di Higgs. Nessuna predizione teorica esiste per la presunta massa del bosone di Higgs: si cerca in un intervallo di massa ampio, ovvero tra un minimo (115 miliardi di eV) e un massimo (1000 mld di eV). ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS (Compact Muon Solenoid) sono rilevatori di particelle cioè strumenti in grado di rilevare quei “semi” che formano la materia.

I due rilevatori, con i loro dati, consentono di concentrare la verifica dell’eventuale esistenza del bosone di Higgs tra 115 e 130 eV ma, come diceva la portavoce Fabiola Giannotta, alla fine della presentazione di ATLAS: “forse abbiamo qualche primo indizio della sua presenza”.

Nell’estate 2012 forse si potrà annunciarne la scoperta, grazie ai nuovi dati, ad analisi e alla combinazione delle analisi di ATLAS e CMS. Forse! Bisogna comunque sapere che, l’eventuale esistenza della “particella di Dio” potrà solo spiegare una parte della composizione dell’Universo. La materia che conosciamo rappresenta solo il 4 % dell’Universo. Una quantità superiore al 72% è qualcosa di cui non conosciamo nemmeno la natura fisica e che, chiamiamo “Energia Oscura“, mentre un altro 20% è formato da materia totalmente sconosciuta, che, chiamiamo “materia oscura”, ovvero, formata da particelle assenti da noi e dal mondo della nostra esperienza.

Roma, 24 dicembre 2011