Aspettando la particella di Higgs

Il 23 Novembre 2009 è stato un giorno fondamentale nel campo della fisica delle particelle: le prime collisioni sono avvenute al Large Hadron Collider (LHC), il grande esperimento in corso al CERN di Ginevra.

Il LHC è il più grande e potente acceleratore di particelle a livello mondiale. Ha una circonferenza di 27 km e si trova a circa 100 m sotto terra. Due fasci di protoni, le particelle fondamentali che, insieme ad elettroni e neutroni, compongono gli atomi, vengono fatti circolare in direzioni opposte e vengono fatti scontrare in diversi punti dell'esperimento. Le prime collisioni sono avvenute con protoni a velocità pari al 99.9998% della velocità della luce. Successivamente, l'energia dei protoni è stata gradualmente aumentata e, in meno di dieci giorni, il LHC ha già raggiunto energie mai ottenute in precedenza. In futuro si riuscirà ad accelerare fasci di protoni fino ad una velocità pari al 99.9999991% della velocità della luce, che verranno in seguito fatti collidere.

La teoria che descrive la nostra conoscenza nel campo delle particelle elementari e delle loro interazioni è denominata "Modello Standard". Esso rappresenta un vero e proprio modello matematico, basato su importanti simmetrie, che costituiscono la base della teoria. Per spiegare il fatto che le particelle hanno una massa, al Modello Standard viene affiancato il cosiddetto meccanismo di Higgs, che prende il nome da Peter Higgs, uno dei fisici che ne teorizzò l'esistenza.

Per capire come questo meccanismo funziona, si possono assimilare le particelle elementari a biglie di plastica molto leggere. Immaginate adesso di immergerle in una vasca riempita con un fluido denso, per esempio miele. Nel muovere le biglie all'interno della vasca, avrete l'impressione che esse siano diventate più pesanti. A livello microscopico, le particelle elementari acquistano una massa in maniera analoga alle biglie immerse nel miele, attraverso l'interazione con il cosiddetto "campo di Higgs". Il meccanismo di Higgs predice, inoltre, l'esistenza di una nuova particella, denominata, per l'appunto, particella o bosone di Higgs.

Lo scopo primario del LHC è proprio quello di svelare l'origine della massa, attraverso la scoperta della particella di Higgs. Ci si aspetta, inoltre, che il LHC possa rivelare nuovi tipi di particelle, predette da teorie più complesse del Modello Standard. Queste teorie, in generale, forniscono una risposta ad altre domande fondamentali, come, per esempio, la natura della Materia Oscura, che gli astrofisici ritengono pervada l'Universo.

Circa quindici anni sono passati da quando la costruzione del LHC venne approvata dal CERN, alla fine del 1994. Dopo anni di lavori per la costruzione di questo enorme acceleratore, i fisici di tutto il mondo aspettano impazienti importanti scoperte. Oltre a fornire risposte a domande fondamentali, dal LHC si aspettano anche importanti ricadute tecnologiche. Si ricordi che proprio al CERN nel 1989 nacque il World Wide Web, che ha radicalmente cambiato la nostra vita quotidiana.

VIVIANA NIRO

Nell'immagine, la mastodontica struttura del rivelatore di ATLAS, uno degli esperimenti del LHC. Al centro dell'immagine, un enorme calorimetro, in grado di misurare l'energia delle particelle prodotte dallo scontro dei protoni; gli otto giganteschi tubi sono in realtà potenti magneti, necessari per accelerare le particelle e mantenerle su una certa traiettoria. Immagine CERN/ATLAS.