Bosone di Higgs: che cos’è e perché è importante
Il bosone di Higgs è una delle particelle più note e studiate della fisica. E' divenuto celebre per il suo ruolo chiave nel Modello Standard per la descrizione della forza debole in quanto conferisce la massa alle particelle elementari mediante il fenomeno di rottura spontanea della simmetria. Iniziamo ora il nostro viaggio alla conoscenza di questa particella, tra scoperte fisiche e credenze religiose che vogliono identificarla come "la particella di Dio".
Che cosa è un bosone e quanti tipi di bosoni esistono?
Con il termine bosone si identificano tutte quelle particelle fisiche che sono regolate dalla legge statistica di Bose-Einstein e sono quindi dotate di uno spin intero. il numero di spin rappresenta il quarto numero quantico e stabilisce il senso di rotazione di un elettrone.
Esistono due tipi di bosoni, il bosone W che può assumere carica positiva +1 e carica negativa -1 e il bosone Z di carica neutra. entrambe queste particelle sono molto massive, possiedono una massa superiore di 100 volte a quella del protone e hanno una vita molto breve.
Che cosa è il bosone di Higgs?
Hans G, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons
Con l’espressione bosone di Higgs in campo fisico si intende un bosone elementare o quanto, scalare, associato al campo di Higgs e si indica con il simbolo H°. essendo un bosone scalare ha spin pari a zero, è la sua stessa antiparticella ed è pari sotto una simmetria CP.
Gioca un ruolo importante nel Modello standard della fisica quantistica. Questa bosone secondo la fisica è la particella che attribuisce massa a ogni altro elemento, quindi senza di essa non avremmo l’esistenza di materia, ecco che da questo concetto è nato il suo secondo nome ovvero “particella di Dio” ma di questo argomento ce ne occuperemo più avanti.
Bosone di Higgs: dove e quando è stato scoperto
Il bosone di Higgs venne teorizzato per la prima volta nel 1964 ma come tutte le teorizzazioni della fisica contemporanea non venne subito sperimentato e rilevato. Agli inizi degli anni 2000 alcuni studi condotti avevano ottenuto risultati tali per cui si potesse supporre la concreta esistenza del bosone di Higgs anche se non venne osservato concretamente.
La prima rilevazione del bosone avvenne nel 2012 al CERN di Ginevra mediante un esperimento condotto tramite l’acceleratore di particelle LHC. l’anno seguente, nel 2013, Peter Higgs e Francois Englert ottennero il premio Nobel per la fortunatissima scoperta.
Pur essendo stata osservata solo molto recentemente il bosone di Higgs è una delle principali particelle della fisica, senza di esso non esisterebbe la materia.
Dove si trova e che cos’è il campo di Higgs
Il campo di Higgs viene associato all’omonimo bosone e si tratta di una grandezza fisica che ha valori in tutti i punti dello spazio-tempo.
A differenza del campo elettromagnetico che è vettoriale, il campo di Higgs è un campo scalare complesso che lo collega al quarto numero quantico, lo spin. Secondo la teoria cosmologica più accreditata il campo di Higgs permea tutto lo spazio vuoto dell’universo in ogni istante.
Tutte le particelle fisiche, tranne i fotoni, sono rallentate dal campo di Higgs come se fossero soggette a una forza di attrito. Secondo recenti studi il campo di Higgs sarebbe anche responsabile della massa dei quark attraverso l’estensione del meccanismo di Interazione di Yukawa.
Che cos’è il meccanismo di Higgs?
Il meccanismo di Higgs è un meccanismo della fisica quantistica che permette di spiegare come le particelle accumulano massa e si muovono in un campo. Per spiegare questo concetto gli studiosi utilizzano una similitudine: poniamo un uomo molto appariscente che entra camminando in una stanza con all’interno già altre persone, gli altri presenti si avvicineranno all’uomo per osservarlo, così il suo movimento sarà rallentato e impedito e al tempo stesso le persone che si avvicineranno contribuiranno ad aumentare la sua massa.
Questo è proprio quello che avviene a una particella che si muove nel campo di Higgs, essa acquista massa e rallenta o devia il suo movimento.
Come decade il bosone di Higgs?
Come tutte le particelle instabili per natura anche il bosone di Higgs tende a decadere spontaneamente e quindi trasformarsi dando vita a particelle più piccole proprio come si era teorizzato in passato.
La vita del bosone è molto breve, circa un milionesimo di millesimo di secondo, perciò osservare la trasformazione per l’occhio umano è impossibile. Il decadimento del bosone origina solitamente due quark bottom che sono le particelle costitutive del protone, tanto che per osservare lo stesso bosone è necessario accelerare dei protoni nell’acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra.
Bosone di Higgs: da dove nasce il nome “particella di Dio”
Molti comunemente sostengono che il nome particella di Dio possa derivare dal fatto che il bosone in questione sia l’elemento costitutivo della materia e quindi per estensione secondo la tradizione biblica dovrebbe essere anche l’elemento che costituì Dio e la creazione da lui voluta.
In realtà la storia è molto meno religiosa e deriva da una semplice scelta fortunata di marketing: andiamo ora a scoprire l’origine di questo fortunato soprannome usato da tutti al di fuori della comunità scientifica. Tutto inizia nel 1993 quando il fisico americano Leon Lederman pubblica un saggio intitolato “The Goddamn particle: If the universe is the answer, What is the question?”, l’aggettivo goddamn tradotto letteralmte in maledetta indicava la grande difficoltà che negli anni si era creata per l’osservazione del bosone.
Fu successivamente l’editore del saggio che per motivi di marketing e pubblicità decise di sostituire la parola Goddamn con God e da questa fortunata sostituzione è nato il nome comune del bosone di Higgs che oggi tutti noi conosciamo. Sicuramente il fatto che questa particella sia l’elemento base della materia ha contribuito alla diffusione del suo secondo nome e a diffonderne la leggenda come se si trattasse di una vera e propria reliquia di Fede.
