Bosone di Higgs
Il bosone di Higgs (o particella di Higgs) è una particella del Modello Standard della fisica. Negli anni '60 Peter Higgs è stato il primo a suggerire che questa particella potesse esistere. Il 14 marzo 2013, gli scienziati del CERN hanno provvisoriamente confermato di aver trovato una particella di Higgs.
La particella di Higgs è una delle 17 particelle del Modello Standard, il modello di fisica che descrive tutte le particelle di base conosciute. La particella di Higgs è un bosone. Si pensa che i bosoni siano particelle responsabili di tutte le forze fisiche. Altri bosoni conosciuti sono il fotone, i bosoni W e Z e il gluone. Gli scienziati non sanno ancora come combinare la gravità con il Modello Standard.
Il campo di Higgs è un campo fondamentale di importanza cruciale per la teoria della fisica delle particelle. A differenza di altri campi conosciuti come il campo elettromagnetico, il campo di Higgs prende lo stesso valore non zero quasi ovunque. La questione dell'esistenza del campo di Higgs è stata l'ultima parte non verificata del Modello Standard della fisica delle particelle e, secondo alcuni, era "il problema centrale della fisica delle particelle".
E' difficile individuare il bosone di Higgs. Il bosone di Higgs è molto massiccio rispetto ad altre particelle, quindi non dura molto a lungo. Di solito non ci sono bosoni di Higgs in giro perché ci vuole così tanta energia per crearne uno. Il Large Hadron Collider del CERN è stato costruito principalmente per questo motivo. Esso accelera due gruppi di particelle fino a raggiungere una velocità di quasi luce (viaggiando in direzioni opposte), prima di metterle su un percorso che le faccia scontrare l'una con l'altra.
Ogni collisione produce una raffica di nuove particelle che vengono rilevate dai rivelatori intorno al punto in cui si scontrano. C'è ancora una possibilità molto piccola, una su 10 miliardi, che un bosone di Higgs appaia e venga rilevato. Per trovare le poche collisioni con le prove del bosone di Higgs, l'LHC distrugge trilioni di particelle e i supercomputer passano al setaccio un'enorme quantità di dati.
I bosoni di Higgs obbediscono alla legge sulla conservazione dell'energia, che stabilisce che nessuna energia viene creata o distrutta, ma che invece può essere trasferita o cambiare forma. In primo luogo, l'energia inizia nel bosone di gauge che interagisce con il campo di Higgs. Questa energia è sotto forma di energia cinetica come movimento. Dopo che il bosone di gauge interagisce con il campo di Higgs, rallenta. Questo rallentamento riduce la quantità di energia cinetica nel bosone gauge. Tuttavia, questa energia non viene distrutta. Invece, l'energia del movimento va nel campo e viene convertita in energia di massa, che è l'energia immagazzinata nella massa. La massa creata può diventare quello che chiamiamo un bosone di Higgs. La quantità di massa creata deriva dalla famosa equazione E=mc2 di Einstein, che afferma che la massa è uguale ad una grande quantità di energia (per esempio, 1 kg di massa equivale a quasi 90 quadrilioni di joule di energia - la stessa quantità di energia usata dal mondo intero in circa un'ora e un quarto nel 2008). Poiché la quantità di massa-energia creata dal campo di Higgs è uguale alla quantità di energia cinetica che il bosone di gauge ha perso rallentando, l'energia è conservata.
I bosoni di Higgs sono utilizzati in una varietà di storie di fantascienza. Il fisico Leon Lederman l'ha chiamata "la particella di Dio" nel 1993.
Un'immagine generata dal computer di un'interazione di Higgs
Scoperta
Il 12 dicembre 2011, le due squadre del Large Hadron Collider alla ricerca del bosone di Higgs, ATLAS e CMS, hanno annunciato di aver finalmente visto risultati che potevano far pensare all'esistenza del bosone di Higgs, ma non sapevano con certezza se questo fosse vero.
Il 4 luglio 2012, le squadre del Large Hadron Collider hanno dichiarato di aver scoperto una particella che pensano sia il bosone di Higgs.
Il 14 marzo 2013 le squadre avevano fatto molti più test, e hanno annunciato che ora pensano che la nuova particella sia un bosone di Higgs.
Domande e risposte
D: Che cos'è il bosone di Higgs?
R: Il bosone di Higgs è una particella del Modello Standard della fisica. È stato proposto per la prima volta da Peter Higgs negli anni '60 e la sua esistenza è stata confermata dagli scienziati del CERN il 14 marzo 2013. È una delle 17 particelle del Modello Standard ed è un bosone, che si pensa sia responsabile delle forze fisiche.
D: Come funziona il campo di Higgs?
R: Il campo di Higgs è un campo fondamentale che assume un valore non nullo quasi ovunque. Era l'ultima parte non verificata del Modello Standard e la sua esistenza era vista come "il problema centrale della fisica delle particelle". Quando i bosoni di gauge interagiscono con esso, rallentano e la loro energia cinetica va a creare energia di massa, che diventa ciò che chiamiamo bosone di Higgs. Questo processo obbedisce alla legge di conservazione dell'energia, dove l'energia non viene creata o distrutta, ma può essere trasferita o cambiare forma.
D: Perché è difficile rilevare il bosone di Higgs?
R: Il bosone di Higgs ha una massa molto grande rispetto ad altre particelle, quindi non dura molto a lungo. Di solito non ce ne sono in giro, perché ci vuole molta energia per crearne uno. Per trovarli, gli scienziati utilizzano supercomputer che setacciano enormi quantità di dati provenienti da trilioni di collisioni di particelle presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Anche in questo caso, c'è solo una piccola possibilità (una su 10 miliardi) che la prova di un Higgs appaia e venga rilevata.
D: Quali sono gli altri bosoni conosciuti?
R: Altri bosoni conosciuti sono i fotoni, i bosoni W e Z e i gluoni.
D: In che modo l'equazione di Einstein E=mc2 si riferisce alla creazione di massa-energia dall'energia cinetica?
R: La famosa equazione di Einstein afferma che la massa equivale ad una quantità estremamente grande di energia (ad esempio 1 kg = 90 quadrilioni di joule). Quando l'energia cinetica dei bosoni di gauge che interagiscono con il campo di Higgs rallenta, questa stessa quantità di energia cinetica va a creare energia di massa che diventa ciò che chiamiamo Bosone di Higgs - conservando così l'energia totale secondo le leggi di conservazione.
D: Che ruolo hanno le storie di fantascienza per capire come funzionano gli Higgsboson?
R: Le storie di fantascienza spesso presentano gli higgsbosons come parte delle loro trame, ma queste storie non forniscono necessariamente informazioni scientifiche accurate sul loro funzionamento - sono più a scopo di intrattenimento che altro!
