Il meccanismo di Brout-Englert-Higgs
Negli anni ‘70 i fisici si sono resi conto che esistono legami molto stretti tra due delle quattro interazioni fondamentali: l’interazione debole e la forza elettromagnetica. Le due forze possono essere descritte dalla stessa teoria, che forma le basi del Modello Standard. Questa “unificazione” implica che l’elettricità, il magnetismo, la luce e alcuni tipi di radioattività sono tutte manifestazioni di una singola forza sottostante conosciuta come forza elettrodebole. Le equazioni fondamentali della teoria unificata descrivono correttamente la forza elettrodebole e le sue particelle associate “portatrici di forze”, ovvero il fotone e i bosoni W e Z, tranne che per un grosso problema: tutte queste particelle nell’equazione dovrebbero essere senza massa. Mentre questo è vero per il fotone, sappiamo che i bosoni W e Z hanno una massa, circa 100 volte quella del protone.
Fortunatamente, i teorici Robert Brout, François Englert e Peter Higgs hanno proposto una soluzione a questo problema. Quello che ora chiamiamo il meccanismo di Brout-Englert-Higgs dà una massa ai bosoni W e Z solo quando interagiscono con un campo invisibile, ora chiamato il “Campo di Higgs”, che pervade l’Universo. Appena dopo il Big Bang, il campo di Higgs era nullo, ma appena l’Universo si raffreddò e le temperature scesero sotto un livello critico, il campo crebbe spontaneamente cosicché ogni particella che interagiva con esso acquisiva una massa. Più una particella interagisce con questo campo, più è pesante. Le particelle come il fotone, che non interagiscono con esso, non hanno una massa. Come tutti i campi fondamentali, il campo di Higgs ha una particella associata – il bosone di Higgs. Il bosone di Higgs è la manifestazione visibile del campo di Higgs, un po’ come un’onda sulla superficie del mare.
Una particella elusiva
Un problema per molti anni è stato che nessun esperimento ha osservato il bosone di Higgs e potuto confermare la teoria. Il 4 luglio 2012, gli esperimenti Atlas e CMS del Grande Collisore di Adroni (LHC) del CERN, annunciarono che entrambi avevano osservato una nuova particella intorno alla regione di massa 125 GeV. Questa particella è coerente con il bosone di Higgs ma ci vorrà ancora molto lavoro per determinare se questa consiste effettivamente nel bosone di Higgs predetto dal Modello Standard. Il bosone di Higgs, come proposto dal Modello Standard, è la più semplice manifestazione del meccanismo Brout-Englert-Higgs. Altri tipi di bosone di Higgs sono ipotizzati da altre teorie che vanno oltre il Modello Standard. L’ 8 ottobre 2013 il Premio Nobel per la fisica fu assegnato sia a François Englert che a Peter Higgs “per la scoperta teorica del meccanismo che contribuisce alla comprensione dell’origine della massa delle particelle subatomiche, e che recentemente è stata confermata dagli esperimenti Atlas e CMS del Grande Collisore di Adroni del CERN attraverso la scoperta della particella fondamentale predetta”.
Traduzione dal sito del CERN a cura di Marco Rambaldi, Valerio Del Vecchio e Tommaso Di Maggio, nell’ambito del progetto di Alternanza Scuola Lavoro AS 2018/19
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AlternanzaScuolaLavoro, Bosone di Higgs, Fisica, Scienza
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