Leggendo qui, qua e sul web sono riuscito finalmente a farmi un’idea più precisa di cosa sia il bosone di Higgs e a cosa serve veramente.

Riassumo qui (in poche parole e semplificando il più possibile) una serie di domande-risposte per tutti coloro che non hanno voglia di girare decine di siti web per cercare di arrivare al punto del discorso:

Adesso che l'hanno trovato lo vendono pure :-)

Cos’è il bosone di Higgs?

È una delle tante particelle elementari che compongono il nostro Universo.

Di queste particelle elementari ne esistono molte, alcune sconosciute ai non addetti ai lavori (muoni, gluoni, bosoni Z e W… info in questo altro mio post), altre più famose (elettroni, fotoni…), sono i mattoni dell’Universo.

Il bosone di Higgs è quindi una di queste particelle ma quello che la contraddistingue è l’eccezionale proprietà di dare una massa alle altre particelle elementari.

Ma la massa non è una proprietà interna delle particelle?

La massa in fisica non è altro che una delle tante caratteristiche delle particelle, non è il loro “peso”, che è tutt’altra cosa… alcune particelle hanno questa peculiarità, altre no… e nessuno riusciva a spiegarsi il perchè!

Una soluzione al dilemma era introdurre una nuova particella, o meglio, un nuovo campo (tipo il campo magnetico, per capirci), detto campo di Higgs che dà alle particelle la caratteristica della massa.

Nelle primisse frazioni temporali dell’Universo appena nato dopo il Big Bang il campo di Higgs non esisteva, le particelle non avevano massa e si muovevano alla velocità della luce. Dopo questi primi istanti si è formato il campo di Higgs che ha iniziato ad interagire con le particelle e da quel momento pervade l’universo.

Ma come può una particella dare una proprietà ad altre particelle?

In fisica quantistica (la fisica dell’infinitamente piccolo), le particelle si possono considerare come “punti” ma anche come “onde”, come dimostrato anche da alcuni eccezionali esperimenti (vedi articolo sulla doppia fenditura). Allo stesso modo un insieme di particelle e delle loro interazioni può essere visto come un “campo” di forze che ha delle proprietà e interagisce con tutto quello che gli passa attraverso. Il campo elettromagnetico ad esempio è mediato dai fotoni, così come il campo di Higgs è mediato dalla nostra maledetta particella.

Per capire meglio provate ad immaginare il mare, che è sì un insieme di molecole di acqua, ma allo stesso tempo è un “campo” di densità particolare al cui interno possono scorrere altri elementi.

Se immaginiamo il campo di Higgs come il mare, le particelle sono dei “sassolini” che ci passano attraverso.

L’elettrone, che è quasi esclusivamente energia, sarà un sasso piuttosto grosso, che viene rallentato solo leggermente dall’acqua. Il muone e il bosone W, che hanno una massa più consistente, saranno di sassolini molto leggeri, che si muovono più lentamente nell’acqua e convertono la propria energia in massa (e difatti sono molto più “lenti” degli elettroni). Il quark top, un’altra particella fondamentale, è quasi solo massa e quindi si può rappresentare come un legnetto un po’ pesante, che sprofonda con fatica nell’acqua.

In questa metafora, la densità dell’acqua rappresenta il campo di Higgs e il campo di Higgs è formato dalle interazioni dei tantissimi bosoni/molecole d’acqua che lo compongono.

Perchè serviva l’acceleratore LHC del CERN per scoprirlo?

Perchè il bosone di Higgs è una particella che ha bisogno di un’enorme quantità di energia per essere creata, e fino ad oggi nessun acceleratore poteva arrivare a quei famosi 125 Giga elettronVolt che abbiamo visto essere necessari per creare una di quelle particelle.

Cliccate qui per un articolo più dettagliato su cosa si trova al CERN di Ginevra.

Perchè si parla di elettron Volt per riferirsi alla massa?

Perchè secondo la famosissima equazione di Einstein E=mc² l’energia equivale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato. Quindi massa ed energia sono due facce della stessa medaglia, creando tanta energia è possibile formare della massa, e da pochissima massa si può ricavare enorme energia (vedi le tristemente famose bombe nucleari).

Come l’hanno scoperta?

Il bosone di Higgs si può formare solo generando un’enorme energia. Al CERN questo è possibile facendo collidere due protoni ad una velocità prossima a quella della luce.
Immediatamente creato il bosone però si “disintegrerà” (decade) in più particelle, che però i fisici conoscono e possono tracciare grazie ai potentissimi rilevatori del CERN.

Infatti attorno al luogo dello “scontro” tra protoni c’è un gigantesco rivelatore di particelle, che “curva” le particelle usando un fortissimo campo magnetico, e permette così di distinguerle una dall’altra (molti più dettagli in questo sito).

Sapendo in che modo sarebbe decaduto il bosone di Higgs (dipende dai GeV, nel caso 125 geV ci si aspettavano due bosoni Z), ed osservando i risultati sperimentali che mostrano proprio i due bosoni Z (che decadono a loro volta in quattro elettroni, quattro muoni, o due elettroni e due muoni), è stato inevitabile giungere alla conclusione che siamo di fronte ad una nuova particella: il bosone di Higgs.

Simulazione al PC del decadimento del bosone di Higgs

Perchè la chiamano “particella di Dio”?

Perchè i giornalisti devono dare un nome interessante alle cose altrimenti non sono contenti.

La leggenda dice che il soprannome “particella di Dio” arriva da una traduzione errata dall’inglese: God particle, che significa “particella Dio”, intesa come particella che genera tutte le altre. Il genitore di questa nomenclatura è Leon Lederman, dal titolo del suo libro “God Particle: if the universe is the answer, what is the question?“, che in realtà avrebbe voluto il soprannome “goddamn particle“, cioè la particella maledetta, riferendosi a quanto era sfuggente.

In questo caso comunque la religione non c’entra nulla (Higgs non aggiunge ulteriori indizi a favore dell’inesistenza di Dio).

Per finire, ecco due interessanti infografiche realizzate dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare:

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sdsds

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sito INFN con altre infografiche

Interessante tesi sul bosone di Higgs dell’università di Roma (pdf)