Altro post sul Bosone di Higgs. Quanto segue non è il frutto del nostro lavoro.
Copia-incolliamo la traduzione del discorso fatto dal
fisico del CERN Gian Giudice per TED. Per approfondire su TED invitiamo a visitare il loro sito: “TED is a nonprofit devoted to Ideas Worth
Spreading”. La traduzione
è a cura di Anna Cristiana Minoli.
Il discorso in inglese è qui.
 |
| http://www.ted.com/talks/gian_giudice_why_our_universe_might_exist_on_a_knife_edge.html |
L'anno
scorso, il quattro luglio, gli
esperimenti al Large Hadron Collider hanno
scoperto il bosone di Higgs. È stato un
giorno storico. Non c'è
dubbio che da ora in poi, il quattro di
luglio verrà ricordato non come il
giorno della Dichiarazione di Indipendenza, ma come il
giorno della scoperta del Bosone di Higgs. Almeno qui al
CERN.
Ma per me, la
più grande sorpresa di quel giorno è stata
l'assenza di grandi sorprese. Dal punto di
vista di un fisico teorico, il bosone di
Higgs è una spiegazione intelligente su come
particelle elementari acquisiscano una massa, ma sembra una
soluzione incompleta e
poco soddisfacente. Troppe
domande rimangono senza risposta. Il bosone di
Higgs non condivide la bellezza, la simmetria,
l'eleganza, del resto
delle particelle elementari nel mondo. Per questo
motivo, la maggior parte dei fisici teorici crede che il
bosone di Higgs non sia
tutto. Ci
aspettavamo particelle nuove e fenomeni nuovi accanto al
bosone di Higgs. Invece,
finora i dati che ci
vengono dal LHC non mostrano segnali della presenza di nuove
particelle o fenomeni inattesi.
Certo, il
verdetto non è definitivo. Nel 2015, il
LHC raddoppierà l'energia dei
protoni in collisione, e queste collisioni
più potenti ci
permetteranno di esplorare ulteriormente il mondo delle particelle, e certamente
impareremo molto di più.
Ma per il
momento, visto che non abbiamo trovato evidenze
della presenza di nuovi fenomeni, supponiamo che le
particelle che conosciamo oggi, compreso il
bosone di Higgs, siano le
uniche particelle elementari in natura, anche ad
energie molto più potenti di quelle che
abbiamo esplorato fino ad ora. Vediamo dove
ci portano queste ipotesi. Scopriremo un
risultato sorprendente e intrigante sul nostro
universo, e per spiegare il mio punto, vi racconterò
cos'è il bosone di Higgs. Per fare
questo, dobbiamo tornare a un decimo
di miliardo di secondo dopo il Big
Bang. Secondo la
teoria di Higgs, in quel
momento, si è verificato nell'universo un evento
incredibile. Lo
spazio-tempo ha subito una fase di transizione. È stata una
cosa molto simile alla fase di transizione che si
verifica quando l'acqua si trasforma in ghiaccio al di sotto
dello zero. Ma nel nostro
caso, la fase di transizione non è un
cambiamento del modo in cui le molecole sono disposte
all'interno dei materiali, si tratta di
un cambiamento interno al
tessuto dello spazio-tempo.
Durante
questa fase di transizione, lo spazio vuoto si è riempito
con una sostanza che ora
chiamiamo campo di Higgs. Questa
sostanza potrebbe sembrarci invisibile, ma ha una
realtà fisica. È
continuamente intorno a noi, proprio come
l'aria che respiriamo in questa stanza. E alcune
particelle elementari interagiscono con questa
sostanza, acquisendo energia con questo processo. L'energia
intrinseca è quella che chiamiamo la massa
della particella. Scoprendo il
bosone di Higgs, il LHC ha provato
definitivamente che questa sostanza è reale, perché è la
roba di cui è fatto il bosone di Higgs. In poche
parole, questa è l'essenza della storia di Higgs.
Ma questa
storia è molto più interessante. Studiando la
teoria di Higgs, i fisici
teorici hanno scoperto, non
attraverso un esperimento ma con la
forza della matematica, che il campo
di Higgs non esiste necessariamente solo nella
forma che osserviamo oggi. Proprio come
la materia può essere liquida o solida, il campo di
Higgs, la sostanza che riempie lo spazio-tempo, può esistere
in due stati. Oltre al noto
stato di Higgs, può esserci
un secondo stato in cui il campo di Higgs è miliardi di
miliardi di volte più denso di quello che
osserviamo oggi, e la sola
esistenza di un altro stato del campo di
Higgs pone un potenziale problema. Questo
perché, secondo le leggi della
meccanica quantistica, è possibile avere
transizione tra i due stati, anche in
presenza di una barriera di energia che separa i
due stati, Il fenomeno è
giustamente denominato, effetto
tunnel. A causa
dell'effetto tunnel, potrei
sparire da questa stanza e riapparire
in quella accanto, praticamente
attraversando il muro. Ma non vi
aspettate che lo faccia di fronte a
voi, perché la probabilità di poter
attraversare il muro è ridicolmente bassa. Dovreste
aspettare molto a lungo prima che
accada, ma credetemi, l'effetto
tunnel è un fenomeno reale, ed è stato
osservato in molti sistemi. Per esempio,
un diodo a effetto tunnel, un componente
usato in elettronica, funziona
grazie alle meraviglie dell'effetto
tunnel.
Ma torniamo
al campo di Higgs. Se esiste lo
stato di Higgs ultradenso, allora, per
via del tunnel quantistico, potrebbe
apparire improvvisamente una bolla di questo stato in un certo
punto dell'universo, in un certo momento, ed è simile a
quello che accade quando bollite l'acqua. Bolle di
vapore contenute nell'acqua, si espandono,
trasformano il liquido in gas. Allo stesso
modo, una bolla dello stato di Higgs ultradenso potrebbe
nascere a causa dell'effetto tunnel La bolla si
espanderebbe alla velocità della luce, invadendo
tutto lo spazio, e trasformando il campo di Higgs dallo stato
che ci è familiare in un nuovo stato.
È un
problema? Sì, è un grosso problema. Potremmo non
rendercene conto nella vita quotidiana ma
l'intensità del campo di Higgs è critica per la
struttura della materia. Se il campo
di Higgs fosse solo leggermente più intenso, vedremmo
atomi restringersi, neutroni decadere all'interno
di nuclei atomici, nuclei disintegrarsi, e l'idrogeno
sarebbe l'unico
possibile elemento chimico dell'universo. Il campo di
Higgs, nello stato di Higgs ultradenso, non è leggermente
più intenso di oggi, ma miliardi
di volte più intenso. Se lo
spazio-tempo fosse pieno di questo stato di Higgs, tutta la
materia atomica crollerebbe. Non
esisterebbe nessuna struttura molecolare, niente vita.
Quindi mi
chiedo, è possibile che in
futuro, il campo di Higgs subisca una
fase di transizione e attraverso
l'effetto tunnel, si trasformi in questo
odioso stato ultradenso? In altre
parole, mi chiedo, qual è il destino del campo di
Higgs nel nostro universo? L'ingrediente
critico necessario per
rispondere a questa domanda è la massa del bosone di Higgs. Esperimenti
al LHC hanno scoperto che la massa del bosone di
Higgs è circa 126 GeV. È minuscolo
espresso in unità che ci sono familiari, perché
equivale a qualcosa come 10 alla meno
22 grammi, ma è enorme
in termini di unità di particelle fisiche, perché
equivale al peso di un'intera
molecola di un
componente del DNA.
Armati di
questa informazione del LHC, insieme ad
alcuni colleghi qui al CERN, abbiamo
calcolato la probabilità che il nostro
universo possa passare allo stato di
Higgs ultradenso, attraverso l'effetto tunnel e abbiamo
scoperto un risultato molto intrigante. I nostri
calcoli hanno mostrato che il valore
misurato della massa del bosone di Higgs è molto
particolare. Ha il valore
esatto che serve
all'universo a rimanere in
una situazione instabile. Il campo di
Higgs è in una situazione vacillante che è durata
fino ad oggi, ma che alla fine
crollerà. Secondo
questi calcoli, siamo come
campeggiatori che
accidentalmente piantano la tenda sul bordo di
un precipizio. E alla fine,
il campo di Higgs subirà una
fase di transizione e la materia
si ripiegherà su se stessa.
È così che
sparirà l'umanità? Non credo.
I nostri
calcoli mostrano che l'effetto tunnel del campo di
Higgs non si verificherà nei prossimi
10 a 100 anni, ed è un
periodo lungo. È anche più
lungo del tempo che
serve all'Italia per formare un governo stabile.
(Risate)
Ciò
nonostante, non ci saremo più da un pezzo. In circa
cinque miliardi di anni, il nostro
sole diventerà un gigante rosso, grande quanto
l'orbita della Terra, e la nostra
Terra sarà finita. Tra cento
miliardi di anni, se l'energia
oscura continuerà ad alimentare l'espansione
dello spazio al ritmo attuale, non
riuscirete a vedere più in là delle vostra dita, perché tutto
intorno a voi si espande a
un ritmo più veloce della velocità della luce. Quindi è
molto improbabile che ci saremo
ancora per vedere il campo di Higgs crollare.
Ma il motivo
per cui mi interessa la
transizione del campo di Higgs è che voglio
porre una domanda: perché la
massa del bosone di Higgs è così speciale? Perché è
giusto tenere l'universo sull'orlo di
una fase di transizione? I fisici
teorici si fanno sempre domande con il "perché". I fisici
teorici sono sempre interessati al perché un
fenomeno funziona in un determinato modo, più che al
funzionamento stesso del fenomeno. Crediamo che
queste domande "perché" possano darci
indicazioni sui principi
fondamentali di funzionamento della natura. E infatti,
una possibile risposta alla mia domanda apre
letteralmente nuovi universi. Si è pensato
che il nostro universo sia una bolla
in un multiverso saponoso fatto di una
miriade di bolle, in cui ogni
bolla è un universo diverso con diverse
costanti fondamentali e diverse
leggi fisiche. In questo
contesto, si può solo parlare della
probabilità di trovare un certo valore della massa di Higgs. La chiave del
mistero potrebbe
essere nelle proprietà statistiche del
multiverso. Sarebbe come
quello che si verifica con le dune
di sabbia su una spiaggia. In linea di
principio, potete immaginare di trovare dune di sabbia di qualunque
inclinazione su una spiaggia, eppure,
l'inclinazione delle dune di sabbia sono
tipicamente intorno ai 30, 35 gradi. Il motivo è
semplice: perché il
vento soffia sulla sabbia, la gravità la fa cadere. Di
conseguenza, la grande maggioranza delle dune di sabbia ha angoli di
inclinazione intorno al valore critico: prossime al
crollo. Una cosa
simile potrebbe accadere per la massa
del bosone di Higgs nel multiverso. Nella maggior
parte degli universi a bolle, la massa di
Higgs potrebbe aggirarsi intorno al valore critico, prossimo al
collasso cosmico del campo di Higgs, a causa di
due effetti che competono fra loro, proprio come nel
caso della sabbia.
La mia storia
non ha una fine, perché ancora
non sappiamo la fine della storia. La scienza fa
progressi, e per
risolvere il mistero, abbiamo bisogno di più dati, e con un po'
di fortuna, il LHC aggiungerà presto nuove indicazioni a questa
storia. Solo un
numero, la massa del bosone di Higgs, eppure, da
questo numero impariamo così tanto. Ho iniziato
da un'ipotesi: che le particelle note sono tutto
quello che c'è nell'universo, anche oltre i
domini esplorati finora. Da questo,
abbiamo scoperto che il campo di Higgs che permea lo
spazio-tempo potrebbe essere sull'orlo di
un collasso cosmico, pronto a crollare. Abbiamo
scoperto che potrebbe essere l'indizio che il nostro
universo è solo un granello di sabbia di una
spiaggia gigantesca, il multiverso.
Ma non so se
le mie ipotesi sono vere. La fisica
funziona così: un singolo dato può indicarci
la strada di nuove scoperte sull'universo
o può
spedirci in un vicolo cieco. Ma qualunque
sia, di una cosa
sono sicuro: il viaggio
sarà pieno di sorprese.
Grazie.
