SCOPERTA FINALMENTE LA "FORMA" DELLA MATERIA?

BOSONE DI HIGGS E FORZA DI COLLISIONE

Introduzione a IL BOSONE DI HIGGS E LA PARTICELLA DI UN DIO MINORE di Alberto Zei

 Dopo l’annuncio dello scorso 4 Luglio, da parte di Fabiola Gianotti e Joe Incandela, a nome della folta comunità di scienziati del Cern di Ginevra - circa l’individuazione del bosone (1) di Higgs (2) da parte del LHC (3) -, per tutto il mese, Tv e giornali si sono sbizzarriti nella ricerca del titolo ad effetto per comunicare la notizia. Neanche male, se il tentativo è quello di avvicinare il grosso pubblico alla fisica quantistica. Si è parlato così di “primo mattone per la costruzione dell’universo”, di “principio che crea la materia”, di “particella di Dio”, di “anima” o “scintilla divina”.

 
 Io preferisco parlare di “forma" della materia, intendendo con ciò la particella in grado di aggregare, dare massa a tutte le altre particelle, e senza la quale i corpi non esisterebbero ma, come si è osservato da più parti, sarebbero solo particelle vaganti alla velocità della luce o flipper impazziti.
 

 La scoperta, se ulteriormente confermata, non è di poco conto, non solo per il fascino in sé che è capace di esercitare sulla mente umana sempre a caccia dei “fondamenti” circa l’origine e l'inizio dell’universo, ma anche e soprattutto per le implicazioni che ne derivano sia in campo scientifico che religioso, senza tuttavia che scienza e fede debbano di necessità modificare il proprio punto di vista. 

 Com’è facile intuire, infatti, il ritrovamento in natura di un “principio primo” capace di unificare la materia e darle forma, è argomento che può essere utilizzato a sostegno di tesi diverse, anche in conflitto tra loro o comunque divergenti nelle finalità.
 

 L’articolo che segue fa il punto sullo stato della ricerca, ma contiene anche considerazioni problematiche da non sottovalutare. Ne sottopongo ai lettori solo qualcuna per la loro riflessione:
 

 1)l’attendibilità della recente scoperta che dovrà essere sottoposta a ulteriori verificazioni.
 

 2)la valutazione circa l’impossibilità di trovare il cosiddetto punto fermo o “inizio” del Tutto, come dimostra il principio di indeterminazione di Heisenberg che, com’è noto, ha già scalfito alla base non tanto la teoria del “Big Bang”, ma l’idea che prima della “Grande Esplosione” nulla vi fosse nell’universo. Argomento che dimostra ancora una volta come la fisica altro non sia che una “filosofia sperimentale”. Già il grande filosofo Immanuel Kant parlò del “finito”[concetto filosofico analogo al “punto fermo” o “inizio”] come di un concetto troppo piccolo per la mente umana e dell’infinito [in analogia con il principio di indeterminazione] come di un concetto troppo grande.
 

 3)l’implicita considerazione che il bosone di Higgs, ove risultasse validato, sarebbe pur sempre l’aggregatore di circa il 5% della materia, restando del tutto sconosciuto “il comportamento” della restante parte che si è soliti chiamare materia o energia oscura, perché ne ignoriamo le caratteristiche, pur sapendo che interagisce costantemente con la materia conosciuta. Dunque, conclude acutamente Alberto Zei, il bosone di Higgs può essere al massimo “la particella di un dio minore”…
sergio magaldi


IL BOSONE DI HIGGS  E  LA  PARTICELLA  DI UN DIO MINORE
Di Alberto Zei

Il setaccio  della ricerca

 L’estrema capacità del bosone di Higgs di nascondersi e confondersi  nel nutrito fascio delle particelle emesse dalla collisione  dei protoni,  lanciati a velocità quasi luminale all’interno del LHC di Ginevra, rende ancor più precaria e difficile la sua intercettazione attraverso le linee tracciate nei rivelatori, durante la sua brevissima vita.

 Questo problema di scarsa “visibilità” sussiste in modo serio in quanto,  le linee  rivelate non  sono di univoca interpretazione e la presenza di questo ormai “famigerato” bosone,  potrebbe essere  stata  equivocata  per la ingannevole somiglianza con le caratteristiche che in teoria  si ritiene debba possedere ma che potrebbero appartenere a  particelle simili.

 

 La più esotica delle possibilità sarebbe quella di  non avere individuato la provenienza da un’altra opzione, anche se un po’ meno probabile,  quella cioè, di particelle afferenti ad una teoria diversa da quella standard (4), ad esempio, alla supersimmetria(5) .

 Più probabilmente, però, potrebbe trattarsi  di un aspetto particolare e plurimo di particelle similari che il campo di Higgs genera, in accordo con la  “elasticità di aspettazione”, ossia con la probabilità di presenza riscontrata allorché i “quasi bosoni di Higgs”, che sorgono improvvisi  dalla rottura della simmetria  dei campi, conferirebbero (il condizionale è ancora d’obbligo) la massa alle  particelle che transitano entro la distanza critica.

  

La rivelazione

 Vediamo ora con ordine di seguire questa genesi particellare che avviene a circa 126 GeV(6).

 Prima di tutto vi è il campo di Higgs che, per rendere l’idea di che si tratti, viene immaginato come uno spazio riempito di un fluido di forza (debole) che avvolge lo zoo di tutte le particelle contenute; figura questa da estendere però nella realtà, a tutto lo spazio dell’universo. Il bosone di Higgs è l’espressone di forza di questo campo che assume la fondamentale importanza di conferire la massa a tutto lo zoo di particelle contemplate dalla Teoria  standard. 
 
 Il meccanismo del passaggio è l’oggetto della attuale ricerca sperimentale  che dovrebbe provare ciò che in teoria è stato ipotizzato, ma che, soltanto a riprova avvenuta, potrà entrare trionfalmente  nella formulazione  matematica della QED (7).

 E’ bene dire però,  che nella Teoria elettrodebole  il bosone di Higgs è soltanto una  delle espressioni  di campo tra le quali si evidenziano per importanza i bosoni di Gauge W+, W- e Z°(8).

Il complesso campo di Higgs

 Il bosone di Hggs non conferisce direttamente massa alle particelle, come correntemente si dice, ma si avvale per questo dei bosoni di Gauge decadendo rapidissimamente in altre quantità infinitesimali.

 Per meglio comprendere il  procedimento, ritorniamo al campo di Higgs, che è un campo scalare, dotato cioè di valori con un  solo grado di libertà e dove il bosone di Higgs  che non può avere spin, si identifica  conseguentemente con la sua stessa antiparticella.

 In effetti il campo di Higgs, visto più approfonditamente è un campo complesso, costituito da due campi  a loro volta così formati: uno, da un doppio campo simmetrico dotato di due medesimi spin (doppietto isospin debole)  e l’ altro,  da un  campo  dotato di carica 1 (singoletto di ipercarica debole)(9).

 A questo punto per districare la matassa, come si suol dire, subentra la matematica con la quale si perviene  alle caratteristiche delle forze attraverso la conoscenza dello spin, della carica e della mancanza di carica (carica 0) del bosone di Higgs.

 Qui avverrebbe  il miracolo della “particella di Dio”; il miracolo, si fa per dire, consisterebbe nell’aver trovato sperimentalmente quella particella,  che  la teoria aveva  matematicamente ipotizzato ma che finora, a più basse energie di quella attualmente raggiunta dal LHC  (7 TeV)(10), non dava segni di esistenza.

Il trasferimento di  massa 
 
 I campi interni al campo di Higgs  sono inizialmente,  il campo scalare  con un solo grado di libertà (per rendere l’ idea,  come ad  esempio il valore della temperatura); il campo vettoriale con due gradi di libertà  (ad esempio i valori angolari). Il  doppietto elettrodebole è  collegato al campo vettoriale (due  gradi di  libertà)  e quello del singoletto  al campo scalare (un grado di libertà). Ad un certo punto si rompe la simmetria attraverso una discontinuità di campo che in questo  intervallo, acquistando il terzo grado di libertà, diviene tensoriale.

 Per meglio comprendere  come avverrebbe il trasferimento,  va detto  che lo scambio  dell’energia (massa), dai campi ai bosoni, viene matematicamente calcolato dalle cosiddette derivate covarianti (di significato contenuto nello stesso termine) che sostanzialmente quantificano l’energia contenuta nel collegamento direzionale che congiunge i campi alle particelle, esprimendone così, anche la variazione di forza (massa), ovvero l’arco di curvatura della intensità delle forze (accelerazione) in funzione della distanza.

 Bisogna tuttavia precisare che il complesso campo di Higgs contiene anche un altro tipo di bosoni: i bosoni di Goldstone (11) che, senza entrare in particolari, sono però fondamentali  per il trasferimento massa in quanto, interagendo con i bosoni W+, W- e Z°, rompono  la  simmetria di campo che passa  da due gradi di libertà, come abbiamo visto, a tre gradi (tensoriali), trasferendo, proprio in virtù di questa violazione  di  simmetria, l’equivalente energia di massa.
 
 Il bosone di Higgs è l’espressone di forza di questo campo che assume la fondamentale importanza di conferire la massa a tutto lo zoo di particelle contemplate dalla Teoria standard.

 
 

 


Il nuovo inizio della ricerca
 
 Il problema non finisce qui; anzi diciamo che dopo questa tappa fondamentale, la ricerca  inizia da capo per avvicinarci alla mente… diciamo,  della  “grande creazione”.

 Innanzi tutto la particella che dovrebbe rappresentare il bosone di Higgs, chiamata la particella di Dio (per attribuire a questa l’origine della massa di tutto l’universo) non si è ancora inequivocabilmente mostrata nei rivelatori del CERN, in quanto le accertate presenze particellari non coinciderebbero con  alcuni dei valori attesi né  con la frequenza probabilistica di ripetizione dei medesimi eventi (elasticità di aspettazione). Ciò lascia pensare che potrebbe trattarsi di uno o più  “quasi bosone di Higgs”, tutti in tal caso probabilmente correlazionati  al campo di Gauge (quindi trini), oppure di una nuova particella esotica che  rientrerebbe  comunque  nel “sigma” (probabilità) dei valori attesi,  intorno, appunto, ai 126GeV.

 D’altra parte, la non esatta corrispondenza della particella  al  bosone di Higgs previsto dalla teoria,  lascerebbe paradossalmente sperare proprio per questa leggera differenza, come spiegato  in seguito,  di avere individuato la genesi del  trasferimento della massa all’intero universo visibile,  e  di esserci così,  maggiormente avvicinati  alla mente della creazione.

 Siamo però ancora alquanto distanti dalla unificazione delle quattro forze fondamentali della natura con la cosiddetta Teoria del tutto,  poiché la gravità seguita ancora a sfuggire, oltre al fatto che la materia  oscura  (che per ora si sottrae alla nostra comprensione)  costituisce la stragrande quantità  di materia  dominante rispetto alla massa  dell’ intero universo.

 Il bosone di Higgs potrebbe casomai  essere la  particella di un Dio minore.

 

Semplice ed elegante

 Una conclusione di tal genere contrasta con quanto Einstein nei primi anni dello  scorso   secolo,  aveva escogitato per definire il momento della creazione (Big Bang) come una “singolarità”: espressione significativa di  uno spazio ed un  tempo infinitesimi dei quali non era più possibile calcolare alcun dato. 

 Questo concetto è stato però sovvertito qualche tempo dopo  dalla semplice ed elegante dimostrazione matematica di Heisenberg che stabilisce inequivocabilmente che non può esistere un punto di spazio o di tempo, al di sotto di un certo valore, da cui si possa individuare dove e quando un evento abbia avuto origine. Così come non potrà esistere un punto di “singolarità” spazio-temporale in cui possa essere indicata in modo univoco una sola particella [come il bosone di Higgs], attraverso la quale abbia avuto origine la grande creazione della  materia di tutto l’ universo.

Il limite umano alla mente di Dio

 Risalendo  a ritroso nel tempo e nello spazio verso l’infinitamente  piccolo, si raggiunge un punto oltre il quale nulla è più  quantificabile e tutto diviene indeterminato: indeterminato lo spazio, indeterminato il tempo, indeterminata l’energia  mentre   subentra  l’impossibilità di eseguire  ogni tipo di misura.
 
 Questo limite invalicabile  non è poi così tanto peregrino perché oltre alla dimostrazione matematica di Heisenberg, la convalida della universalità  del principio, permea anche  la filosofia della scienza in ausilio della razionalità umana del sapere fino al limite, oltre il quale subentra il paradosso, rappresentato di solito da un loop regressivo perversamente illogico.
 
 Concludendo sul tema  della “particella di Dio”, anche nell’ambito della fede, ad un certo livello di approfondimento, l’immagine e il  nome di Dio si rivelano ineffabili e come tali restano nella indeterminazione del pensiero trascendente di quasi tutte le religioni e/o delle più importanti scuole esoteriche di ispirazione laica. 

 NOTE

(1) I bosoni, cosiddetti in onore del fisico Satyendra Nath Bose, sono particelle subatomiche a spin intero [unità di grandezza del vortice, associata alle particelle] e che, a differenza di altre particelle, non seguono “il principio di esclusione” di Pauli, potendo occupare in numero illimitato lo stesso “spazio” o “stato” energetico.
 

(2)Peter Higgs, fisico inglese vivente, teorizzò nel 1964 l’esistenza di questa particolare particella.
 

(3)LHC: Large Hadron Collider cioè Grande collisore di adroni. Gli adroni [dal greco adròs, forte] sono particelle subatomiche formate da bosoni e fermioni. I fermioni, cosiddetti in onore di Enrico Fermi, sono con i bosoni una delle due classi in cui si dividono le particelle.
 
(4) La Teoria standard è il modello che spiega l’architettura di base della natura.
 

(5)La Supersimmetria è una simmetria che associa tra loro particelle bosoniche a spin intero con particelle fermioniche a spin semi-intero.
 

(6) 126 GeV: 126  miliardi di elettronvolt. Elettronvolt: Unità di misura dell'energia acquistata da un elettrone quando è accelerato da una differenza di potenziale elettrico di 1 volt.  

(7)QED: Teoria quantistica elettrodebole.
 

(8) Gauge W+, W- e Z° - Particelle della forza debole,  ipotizzate da Gauge,  che mediano (trasferiscono) la   massa  dalla  particella di Higgs alle altre particelle che,per effetto di questo trasferimento(teoricamente deducibile),acquistano materia.
 
(9)Doppietto isospin debole e singoletto di ipercarica debole: concetti essenzialmente matematici con cui si indica la modalità di raggruppamento delle particelle. 

(10) 7 TeV: 7 mila miliardi di elettronvolt.
  

(11)Bosoni di Goldstone: particelle che in prossimità di altre provocano la rottura della simmetria del campo (violazione) e che pertanto,  consentono ai bosoni di Gauge di ricevere la massa dal bosone di Higgs.