Il lato oscuro del bosone di Higgs

Su Phys.org è comparsa una breve ma incisiva intervista a Daniela Bortoletto una ricercatrice dell’Università di Oxford che fa parte del team di ATLAS al CERN.

Dopo la conferma del bosone di Higgs, come sapete da circa due mesi LHC ha ripreso a funzionare ad energie da record: 13 TeV. Sappiamo che decade in due fermioni, e avevo fatto un primo punto della situazione intervistando il Prof. Guido Tonelli.

Ora è interessante sentire cosa ha da dire la Prof.ssa Daniela Bortoletto, in quanto le sfide che ci aspettano sono a dir poco emozionanti. Per prima cosa gli scienziati sperano di colmare i buchi del Modello Standard, visto che non è una teoria del tutto. Per lo meno, non lo è ancora.

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La catena degli acceleratori del CERN, organizzati in stadi successivi di accelerazione terminanti con l’iniezione in LHC.

Come è noto, pur avendo riunificato la forza elettromagnetica e quella nucleare debole (forza elettrodebole), il Modello Standard non è completo:

(i) non include la forza di gravità, che è l’interazione di più debole intensità;

(ii) non spiega lo spettro delle masse delle particelle;

(iii) contiene diversi parametri arbitrari;

(iv) non rende conto dell’asimmetria tra materia e antimateria nell’universo, fallisce nell’identificare le particelle fondamentali di materia oscura e nello spiegare l’energia oscura;

(v) non riunisce in un’unica teoria l’interazione nucleare forte e la forza elettrodebole, che la teoria della grande unificazione spiega con l’ipotesi che queste due forze a temperature elevate si equivalgono.

Ovviamente è la materia oscura l’argomento più “caldo”. “Grazie alle elevate energie di LHC speriamo proprio di ricreare in laboratorio la materia oscura”, dichiara la Bortoletto. “Se la materia oscura è la più leggera delle particelle previste da SUSY che potremmo scoprire, ci sono molte altre particelle SUSY che potremmo scoprire, poiché la supersimmetria prevede che ogni particella del Modello Standard abbia una sua controparte supersimmetrica”.

Galassie mancate piene di materia oscura

Una suggestiva immagine dell’ammasso della Chioma (Cortesia NASA/JPL-Caltech/GSFC/SDSS).

La supersimmetria (o SUSY, da SUper SYmmetry) è stata formulata per rendere conto dei fenomeni della fisica delle particelle che rimangono inspiegati nell’ambito del Modello Standard. La peculiarità di questa ipotesi è semplice: a ogni particella bosonica, dotata cioè di spin intero, si associa una particella fermionica (o superpartner) dotata di spin semi-interi (in modo correlativo, ogni fermione ha un superpartner bosonico).Dobbiamo ammettere che sembra una tesi abbastanza esotica.  Perché abbiamo bisogno della supersimmetria?

Ecco tre buoni motivi: (i) consente di unificare le tre forze fondamentali della natura, una volta raggiunte le energie più elevate; (ii) prevede l’esistenza di particelle che potrebbero costituire la materia oscura; (iii) permette di risolvere il problema della differenza di intensità tra forza nucleare debole e forza gravitazionale – di 32 ordini di grandezza a favore della forza debole (ciò significa che è 100.000 miliardi di miliardi di miliardi più intensa). Tuttavia, benché il modello standard sia solidamente confermato dagli esperimenti, sul tappeto rimangono ancora molti problemi, in primis l’antimateria.

Che cosa ha causato l’asimmetria o, meglio, la rottura della simmetria che ha permesso alla materia barionica di dominare sull’antimateria? “Non lo sappiamo ancora, ma abbiamo scoperto il bosone di Higgs, una particella che non ha spin, che potrebbe decadere in particelle di materia oscura e che potrebbe aiutarci a capire perché non è stata l’antimateria a prendere il sopravvento”, spiega la Bortoletto. “Lo spin spiega il comportamento delle particelle. Gli elettroni hanno spin ½, mentre i fotoni che sono responsabili delle interazioni elettromagnetiche, hanno spin 1. Le particelle a spin ½ obbediscono al principio di esclusione di Pauli che vieta a due elettroni di occupare lo stesso stato quantico. L’Higgs è la prima particella spin 0, la prima particella scalare osservata, una particella che, tecnicamente, non è materia né forza”.

Proprio per questa sua natura ha certamente un ruolo importante nella spiegazione dell’inflazione cosmica, dell’energia del vuoto e, come è noto, nella spiegazione della massa delle altre particelle. “Ed è proprio a causa del bosone che l’elettrone ha massa e che gli atomi hanno potuto formarsi. Ma perché le particelle elementari hanno masse così diverse? Ora, grazie ai nuovi dati di LHC e ATLAS possiamo studiare meglio il decadimento del bosone e le interazioni tra bosoni e quarks”. Insomma, anche se il prossimo potenziamento di LHC sarà nel 2025, è ormai certo che in questi anni le novità non si faranno attendere.

Qui trovate la pagina della Prof.ssa Daniela Bortoletto – Department of Physics, Oxford.

Fonte: http://phys.org/news/2015-07-exploring-higgs-boson-dark-side.html

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