Il bosone di Higgs

1. Perché c’è bisogno del bosone di Higgs?

di Amedeo Balbi, in redazione: pdn, pl

I fisici tentano da decenni di sviluppare un modello teorico (Modello Standard ) che consenta di descrivere le quattro interazioni esistenti in natura (elettromagnetica , nucleare forte , nucleare debole e gravità ) come aspetti di un’unica interazione fondamentale. Il primo passo in questa direzione, compiuto negli anni ‘60 del XX secolo - principalmente grazie al lavoro di Sheldon Glashow icona_biografia, Steven Weinberg icona_biografia e Abdus Salam icona_biografia - è stata la messa a punto della teoria elettrodebole, che, come dice il nome, è in grado di descrivere congiuntamente l’interazione elettromagnetica e quella nucleare debole.

I "mattoni" del Modello Standardicona_esperto

 

Bosoni mediatori delle forze fondamentali Bosoni mediatori

Tuttavia, il modello elettrodebole originale aveva un problema: non riusciva a spiegare perché le particelle che esistono in natura hanno massa e, per di più, masse molto diverse tra loro. La massa gioca un ruolo fondamentale nel funzionamento dell’Universo. Ad esempio, l’elettrone icona_glossario che tutti conosciamo è un elemento essenziale dell’atomo; la natura, secondo una logica non ancora chiara, ne ha realizzate due copie apparentemente ridondanti (il muone icona_glossario ed il tau icona_glossario ) che differiscono solo per la loro massa. Un altro esempio riguarda i quarks icona_glossario di cui esistono sei varietà: tre con carica elettrica positiva (up, charm, top) e tre con carica elettrica negativa (down, strange e bottom) . Se non fosse per la loro massa , i quark con carica positiva e negativa apparirebbero quasi identici. Ad esempio il quark up (che è un costituente del protone) è simile al quark charm, eccetto che il secondo pesa quanto un atomo di idrogeno, mentre il quark top pesa addirittura quanto un atomo di oro. Il Modello Standard delle particelle e delle forze fondamentali presenta strutture e simmetrie che sono state fino a vent’anni fa nascoste dalla massa. Ad esempio le intensità delle forze elettromagnetica e debole sono intrinsecamente uguali, ma i loro effetti differiscono a causa della massa. Il fotone, la particella che trasmette la forza elettromagnetica, non ha massa e viaggia nello spazio alla velocità della luce. Di contro, le particelle analoghe che trasmettono la forza debole, i bosoni W e Z , pesano più di un atomo di ferro. La loro grande massa ne limita il raggio d’azione, rendendo la forza debole realmente debole.

scienzapertutti_peter_higgs

Una delle domande principali che la fisica moderna si pone è:
da dove nasce la massa?

La soluzione proposta si basa sul lavoro teorico svolto indipendentemente, negli anni ’60, da Peter Higgs icona_minibiografia, da François Englert icona_quantibiocon Robert Brout e da Gerald Guralnik icona_quantibio con C. R. Hagen icona_quantibio e Tom Kibbleicona_quantibio . Il meccanismo risultante (che viene indicato con il nome del solo Higgs), si basa sull’idea di
rottura spontanea di simmetria.

Peter Higgs