E se domani venisse scoperto il bosone di Higgs?

Un operaio guarda in sù verso il rilevatore dell'esperimento ATLAS all'LHC di Ginevra (© immagine CERN)

Negli ultimi giorni, migliaia di fisici della comunità scientifica stanno discutendo in modo molto acceso e vivace su uno degli argomenti più importanti della fisica moderna. Pare infatti che il Large Hadron Collider, il CERN di Ginevra, stia per rivelare una notizia che avrebbe incredibili ripercussioni su quasi tutte le teorie sviluppate fino ad oggi: le prove dell'esistenza del bosone di Higgs, la particella elementare che si pensa sia alla base di tutta la materia dell'Universo, l'unica particella che esisteva prima del Big Bang e dalla quale ha poi preso forma tutto il resto della materia che oggi vediamo intorno a noi.
«E' impossibile essere eccitati abbastanza» sono le parole di Gordon Kane, fisico teorico all'Università del Michigan ad Ann Abor, che riassumono le emozioni che si stanno vivendo in questi giorni all'interno della comunità scientifica internazionale: i fisici già parlano dei possibili contenuti dell'eventuale annuncio dell'LHC e hanno inoltre aperto un dibattito internazionale sulle ripercussioni che questa scoperta – una pietra miliare nella scienza in generale, paragonabile alla rivoluzione scientifica di Einstein del secolo scorso – potrebbe avere sulle conoscenze che ormai diamo per ovvie.

Proprio domani, 13 dicembre, gli scienziati dei rilevatori ATLAS e CMS del CERN impegnati nella ricerca del fantomatico bosone e di molto altro ancora terranno una conferenza per aggiornare il mondo intero sugli incredibili progressi del gigantesco anello di 27 chilometri che scorre sotto il territorio svizzero, recentemente protagonista dall'ancora aperta discussione sui neutrini più veloci della luce (clicca qui). «Non sarà un annuncio su una scoperta, ma promette di essere interessante» ha commentato James Gillies, portavoce del CERN, riferendosi alla conferenza che si terrà domani.

«Qualunque cosa accada alla fine con Higgs, io penso che guarderemo indietro verso questo meeting e diremo 'Questo è stato l'inizio di qualcosa'» ha detto Joe Lykken – fisico teorico al Fermi National Accelerator Laboratory ubicato a Batavia, nell'Illinois, e membro del team scientifico che dirige il rilevatore CMS – in un'intervista a cura di Davide Castelvecchi e apparsa sull'edizione online del Scientific American (clicca qui per leggere l'intervista in lingua inglese).

Alcune possibili masse del bosone di Higgs escluse dai quattro esperimenti LEP, Tevatron, ATLAS e  CMS (© immagine Polluce Notizie) 

Secondi alcuni blogger, come Peter Woit, Lubos Motl e Philip Gibbs, che sono riusciti a rubare qualche informazione sulla conferenza, entrambi gli esperimenti (CMS e ATLAS) avrebbero raccolto delle prove dell'esistenza del bosone. Sempre secondi questi blogger, la sua massa sarebbe attorno ai 125 miliardi di elettronvolt, ossia circa 125 GeV, corrispondenti ad approssimativamente la massa di 125 atomi di idrogeno.

I risultati pubblicati dai due rilevatori, entrambi di dimensioni maggiori di una cattedrale, sarebbero però sotto i 5 sigma, un'unità di misura utilizzata per quantificare l'attendibilità di una scoperta a livello strettamente statistico. Nonostante ciò, girano voci anonime non ancora confermate che i due esperimenti abbiano raccolto dati sufficienti a raggiungere rispettivamente 2.5 sigma e 3.5 sigma, il che darebbe praticamente per certa la scoperta già da subito: 3 sigma corrispondono solamente a 1 probabilità su 370 ma, in compenso, quasi tutte le scoperte che, nella storia, sono state quantificate attorno ai 3 sigma, sono state confermate e date per corrette.

Il dibattito sulla massa del misterioso bosone va avanti da decenni: non conoscendo alcuna equazione o formula matematica/fisica per calcolarne la massa, i fisici sono da sempre andati a illazioni, spesso modificando leggermente i valori resi noti da alcuni esperimenti. E' il caso del predecessore dell'LHC, l'acceleratore di particelle 'a stelle e strisce' Tevatron del Fermilab, che aveva stimato la massa dell'ipotetica particella tra i 115 e i 140 GeV (un eV, o elettronvolt, è l'energia cinetica che un elettrone libero possiede a seguito di un'accelerazione da una differenza di potenziale elettrico di un volt; convenzionalmente, mille eV sono un KeV, un milione di elettronvolt corrispondono a un MeV, un miliardo di eV compongono un GeV, mentre mille miliardi di elettronvolt formano un TeV).

Un'immagine del rilevatore dell'esperimento CMS all'LHC ancora in costruzione (immagine © STFC)

Se confermate, le voci che oggigiorno girano per il mondo costituirebbero non solo un'incredibile rivoluzione a livello scientifico in generale, ma anche un importante traguardo per l'LHC: sarebbe infatti la prima volta che sia ATLAS che CMS danno un unico risultato a seguito dello stesso esperimento, il che, in sé, rende a mio parere la scoperta ancora più attendibile.

Anche se la notizia potrebbe essere una smentita radicalmente entro domani, i fisici di tutto il mondo si stanno divertendo a studiare le possibili conseguenze di un simile annuncio. Alcuni fisici hanno preso molto bene la notizia: alcuni di essi sono i sostenitori della teoria della supersimmetria, una teoria secondo la quale ogni particella del mondo subatomico possiede una compagna più pesante nota tecnicamente come sparticella o superpartner. In breve, questa teoria descrive l'equivalenza fra fermioni e bosoni, le due grandi famiglie a cui appartengono tutte le particelle che compongono il mondo subatomico secondo le moderne descrizioni della fisica atomica. Come spiega Matt Strassler della Rutgers University, «la maggior parte dei modelli della supersimmetria mettono l'Higgs sotto i 140 GeV circa»: proprio per questo, se i dati dei due esperimenti sono corretti, questa teoria diventerebbe molto più accreditata.

Gordon Kane ha fatto un passo in avanti: in uno studio pubblicato su arXiv.org, lui e i suoi collaboratori hanno annunciato che, secondo i loro calcoli sulla fisica delle stringhe (una delle branche della fisica più discusse al momento e, detta con parole povere, un'evoluzione della supersimmetria), quest'ultima teoria prevederebbe che il bosone di Higgs abbia una  massa compresa fra i 122 e i 129 GeV. «Se si trova tra quei numeri è un incredibile successo nella connessione fra la teoria delle stringhe e il mondo reale» ha commentato Kane. «Non penso che mia moglie mi permetterà di scommettere sulla nostra casa, ma ci andrò vicino» ha proseguito. I fisici che si battono questa teoria molto diffusa accusano che è troppo flessibile e che qualsiasi critica può essere soppressa modificando la teoria in modo da adattarla alle irregolarità.

Un confronto fra i dati degli esperimenti CMS (a sinistra) e ATLAS (a destra). (© immagine  viXra blog/Polluce Notizie)

«Il problema è, per tutto quello che sappiamo, ci potrebbero essere 10 mila modi per partire dalla teoria delle stringhe ed arrivare alla stessa massa di Higgs» ha rallentato Lykken. Inoltre, come ci spiega Strassler, «se l'Higgs dovesse risultare essere a 125 GeV, ciò sarebbe in linea anche con il Modello Standard con nessuna particella supersimmetrica e nessun indizio alla teoria delle stringhe».

I risultati che saranno domani esposti da Fabiola Gianotti dell'ATLAS e Guido Tonelli del CMS potrebbero comunque essere errati, poiché i due rilevatori non possono catturare il bosone direttamente: esso infatti si decomporrebbe in altre particelle subito dopo essere creato. Proprio per questo, i fisici del Cern e di qualsiasi altro acceleratore fanno schiantare tra di loro delle particelle, analizzano le polveri subatomiche lasciate dai resti e successivamente ricostruiscono quanto accaduto.

Magari non accadrà esattamente domani, ma a breve sapremo la verità sul fantomatico e tanto sospirato bosone. «E' solamente una domanda su quando accadrà» ha commentato Lykken. «E non sarà una risposta del tipo forse sì forse no».

Link utili: articolo simile in lingua inglese sul Scientific American (clicca qui), grafici dei due esperimenti aggiornati al 5 dicembre (clicca qui)