Il premio Nobel per la Fisica alla "particella di Dio"

I professori Peter Higgs dell’Università di Edimburgo e al professor Francois Englert dell’Università di Bruxelles hanno lavorato a quella teoria che ha contribuito a capire la massa delle particelle subatomiche. Un meccanismo che è stato, recentemente, confermato dalla scoperta della "particella di Dio", così come era stata prevista nello studio teorico, scoperta realizzata dagli esperimenti condotti nel Cern di Ginevra Cms e Atlas, guidati all’epoca dagli italiani Guido Tonelli e Fabiola Gianotti dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). Proprio per questo il premio Nobel della Fisica è stato conferito a Higgs e Englert per la scoperta di quello che è appunto stato soprannominato il "bosone di Higgs".

Il "bosone di Higgs" è una particella elementare. Non è composta da altre particelle più piccole. Più tecnicamente appartiene ai "bosoni di gauge", una famiglia che comprende anche i fotoni, i cosiddetti "bosoni deboli" W e Z (la cui scoperta valse a Carlo Rubbia il Nobel per la Fisica nel 1984), il gluone (che non ha massa, come il fotone) e il gravitone (per il quale non esistono ancora prove sperimentali). 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 ritrovò improvvisamente permeato da un campo, una presenza che si materializzò di colpo proprio come l’acqua che, raffreddandosi, diventa improvvisamente ghiaccio. Questo cambiamento di fase è 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 velocità della luce. Alcune, infatti, lo attraversavano senza nessun impedimento mentre altre si trascinavano con maggiore difficoltà, rallentando la loro velocità. Una parte dell’energia delle particelle veniva riconvertita in qualcos’altro. Einstein ha dimostrato che è possibile convertire l’energia e la massa l’una nell’altra e il campo di Higgs conferiva massa alle particelle. I fisici quantistici immaginano che il campo di Higgs sia fatto da piccolissime particelle che trasmettono l’effetto del campo e che si chiamano "bosoni di Higgs". Il campo di Higgs non è per niente immobile, le sue fluttuazioni sono provocate da bosoni di Higgs che compaiono e scompaiono. Il risultato è un mare in ebollizione di particelle che si spintonano a vicenda. Quando un elettrone, per esempio, entra in questo campo, attraversa con facilità il mare di bosoni di Higgs. Altre particelle, invece, vengono rallentate maggiormente dai bosoni e, rallentando, convertono molta della propria energia in massa. Più le particelle vengono rallentate dal campo di Higgs, più la loro energia viene condensata in una forma super-concentrata che chiamiamo massa. Il bosone di Higgs spiega dunque come mai tutte le particelle elementari che compongono la materia abbiano una massa e interagiscono formando la materia, anziché schizzare via alla velocità della luce.

La conferma sperimentale della previsione teorica del bosone del 1964 ha richiesto quasi mezzo secolo e il lavoro di più di un migliaio di fisici, oltre alla costruzione del più grande e costoso strumento scientifico mai realizzato, l’acceleratore Large Hadron Collider (Lhc) del Cern (Centro Europeo Ricerche Nucleari) che si sviluppa in un tunnel sotterraneo lungo 27 chilometri. Il bosone di Higgs è stato osservato per la prima volta nel 2012, negli esperimenti Atlas e Cms dell’Lhc e la sua scoperta è stata ufficialmente confermata il 6 marzo del 2013 nel corso di una conferenza tenuta a La Thile da parte dei fisici del Cern. Basandosi sull’ipotesi che i bosoni di Higgs compaiano e scompaiano, i fisici teorici si erano infatti convinti che fosse possibile con un esperimento scientifico creare e distruggere bosoni. È stato questo uno dei compiti principali svolti dall’Lhc del Cern di Ginevra: i fisici ritenevano che l’energia scambiata da due protoni che si scontrano frontalmente alla velocità della luce avrebbe potuto portare alla creazione di bosoni di Higgs (in realtà, per ogni protone, sono le interazioni dirette di gluoni e quark, che costituiscono i protoni, che possono creare i bosoni di Higgs).

Il bosone di Higgs, una volta prodotto, si disintegra immediatamente in coppie di particelle che però i fisici sanno riconoscere: l’individuazione di queste particelle è stata la prova definitiva che il bosone di Higgs non è solo una supposizione teorica e che è stato aggiunto un altro mattone fondamentale alla nostra conoscenza dell’Universo. Il Large Hadron Collider è stato spento all’inizio di quest’anno ed è previsto rimanga inattivo fino al 2015 a causa di importanti lavori di rinforzo dei dispositivi di sicurezza.