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0414. Il bosone di Higgs e la materia oscura

La ripartizione della massa nel nostro Universo: solo il 4% della materia è a noi nota.

Salve mi chiamo Mattia Recchi, frequento il primo liceo scientifico e la fisica è la mia piu grande passione. Mi chiedevo se il campo di Higgs, essendo composto da bosoni di higgs di massa notevole (125 GeV/c2), possa influenzare a livello gravitazionale i sistemi (come ad esempio le galassie e gli ammassi). L'idea mi è venuta perché c'è sempre della massa mancante e ho pensato che la materia oscura potesse essere in parte formata da bosoni di higgs. Grazie in anticipo.
sem_esperto_verde

Caro Webnauta, di che è fatta la materia oscura? Non lo sappiamo.

Cerchiamo allora di andare per esclusione e vediamo di cosa non è fatta.

 

1) la materia visibile dell'Universo la conosciamo perché arriva sulla Terra sotto forma di radiazione icona_glossario e raggi cosmici icona_glossario : a noi arrivano particelle, come i fotoni icona_glossario e i protoni icona_glossario , che sono il prodotto di interazioni elettromagnetiche icona_glossario o nucleari forti icona_glossario . A parte la forza gravitazionale icona_glossario , che coinvolge tutta la materia ma è molto debole, le forze con cui le particelle interagiscono sono le forze elettromagnetiche (che sono di esperienza comune e tengono, per esempio, insieme protoni e elettroni negli atomi), le forze nucleari forti (che tengono, per esempio, insieme protoni e neutroni nei nuclei degli atomi) e le forze nucleari deboli (che sono responsabili della radioattività naturale di certi elementi).

Quindi crediamo che la materia oscura debba essere fatta di particelle che interagiscono mediante le forze nucleari deboli, cioè che siano debolmente interagenti.

 

2) dividiamo le particelle in fermioni icona_glossario e bosoni icona_glossario , a seconda delle loro proprietà di aggregazione: c'è un principio (che si chiama di esclusione di Pauli icona_esperto[200] icona_minibiografia, dal suo ideatore) che dice che non possiamo avere due fermioni, esempio due elettroni, nello stesso orbitale atomico con gli stessi stati quantici, cioè con la stessa identità. Ne consegue che non possiamo arbitrariamente ammassare fermioni nello spazio. Dobbiamo rispettare la loro "individualita`". I bosoni invece non sono "individualisti". Se ne può ammassare quanti se ne vuole.

La materia è fatta di fermioni. Sono fermioni i protoni, i neutroni, gli elettroni, i quark, ecc. I bosoni invece sono scambiati nelle interazioni tra particelle di materia. In un certo senso, "trasportano" le forze (per esempio, i fotoni trasportano le forze elettromagnetiche). Sono bosoni i fotoni, i gluoni, i bosoni W e Z, e il bosone di Higgs.

 

Quindi, non essendo il bosone di Higgs un fermione, non crediamo che sia un candidato per la materia oscura. Crediamo che la materia oscura sia fatta di fermioni debolmente interagenti. Chi sono? Non lo sappiamo. Con tutta probabilità delle particelle a noi ancora sconosciute.

 

Vittorio Del Duca, fisico

 

ultimo aggiornamento maggio 2014

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