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Dal nulla al tutto, passando per il Large Hadron Collider del CERN

Alla notizia del Nobel per la Fisica agli scienziati Peter Higgs e Francois Englert per la loro scoperta del bosone che spiega cos’è accaduto dopo il Big Bang, ripubblichiamo l'articolo del nostro columnist Rodolfo Guzzi apparso il 7 luglio scorso con alla fine anche un post scriptum dell'autore
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L'inizio dell'Universo, la scoperta del Bosone di Higgs e il decisivo contributo dei ricercatori Fabiola Gianotti e Guido Tonelli

All’improvviso una esplosione, milioni, miliardi di esplosioni accesero l’Universo. In quell’istante le particelle fondamentali si trovarono a galleggiare, leggere prive di massa. Era il Big Bang e in quel momento, 13,7 miliardi di anni fa, nasceva l’Universo impercettibile, ma che rapidamente si stava espandendo, prima come una pallina da golf, poi come un campo di calcio, poi diventava miliardi di chilometri.

Per spiegare l’inizio dell’Universo sono state proposte varie ipotesi, di cui due sono le più affermate: l'inflazione e le teorie di grande unificazione (GUT). La prima ipotizza una rapida ma drastica accelerazione dell'espansione dello spazio pochi istanti dopo l’inizio dell'Universo.  La teoria GUT, ipotizza che l'inflazione possa essere stata causata da una particolare forma del campo di Higgs detta "inflatone" che oscillando portò a una breve ma intensa espansione dello spazio, liberando una quantità di radiazione uniforme che portò alla formazione di tutta la materia. Secondo le teorie GUT la differenziazione delle quattro interazioni fondamentali è avvenuta per effetto delle oscillazioni di diverse forme dei campi di Higgs a sostenere i quali c’era una particella: il bosone di Higgs. Se si fosse trovata questa particella, si sarebbe fatto dei notevoli passi nella comprensione del mondo che ci circonda e soprattutto si sarebbe capito chi era il mediatore della massa delle particelle.

Per effetto dell’equivalenza tra massa ed energia, data dalla famosa legge di Einstein, (tanto famosa che è pure scritta sulle magliette dei ragazzini) per misurare la massa delle particelle furono costruite numerose macchine aventi grande potenza. Molti modelli predicevano che il valore della massa del bosone di Higgs fosse tra 120 GeV (1 Gev =1 miliardo per il prodotto di 1 volt moltiplicato per la carica dell’elettrone) di un e 200 GeV (≈ 3,5 Å~ 10-25 kg). A questo punto la competizione era tra chi aveva la capacità di raggiungere e superare queste potenze con precisione altissima. Nel 2001, studiando le collisioni registrate all'acceleratore Tevatron presso il Fermilab negli Stati Uniti, i dati raccolti avevano consentito di escludere l'esistenza di un bosone di Higgs con massa compresa tra 160 e 170 GeV. Anche l’Europa si stava attrezzando con le macchine che si stavano costruendo al CERN di Ginevra, prima il LEP e poi Large Hadron Collider, il Grande Collisore di Adroni, l’acceleratore di particelle più grande e potente mai realizzato.

Il 13 dicembre 2011, Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, al CERN, illustrando una serie di dati ottenuti con gli esperimenti per LHC, ATLAS e CMS, aveva individuato il bosone di Higgs in un intervallo di energia fra i 124 e 126 GeV con una probabilità prossima al 99 %. Nonostante l’alto valore dei risultati, bisognava escludere che questi fossero dovuti al caso: il livello di confidenza doveva essere tale che l’errore non fosse superiore a 6 parti su 10 milioni, corrispondente a una probabilità del 99,99994% (5 volte la deviazione standard).

Il 5 aprile 2012, nell'anello di 27 km che corre sotto la frontiera tra Svizzera e Francia, veniva raggiunta l'energia massima mai prima toccata di 8000 miliardi di elettronvolt (8 TeV). Il 4 di luglio del 2012 Joe Incandela, un fisico americano dell’Università della California, capo della collaborazione CMS, presenta i suoi dati, ottenuti combinando quelli della collisione a 7 Tev del 2011 con quelli a 8 Tev del 2012, attorno al canale a 125 Gev. Finalmente si era ottenuto un eccesso di 5 volte la deviazione standard, segno della scoperta di una particella compatibile con il bosone di Higgs. L’uditorio scoppiò in un applauso spontaneo. Subito dopo Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, coordinatori dell’esperimento ATLAS, presentarono le stesse conclusioni.

La scoperta del Bosone di Higgs veniva ufficialmente confermata il 6 marzo 2013, nel corso di una conferenza a La Thuile. Il primo grande passo era stato fatto, anche se i dati relativi alle sue caratteristiche sono ancora incompleti.

L’Italia contribuisce a circa il 13 % del bilancio del CERN e impiega per le ricerche circa 700 ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. L’industria italiana ha avuto in termine di commesse più di quanto l’Italia ha dato in contribuzioni. La sola ditta Ansaldo Semiconduttori ha avuto 1/3 delle commesse riguardanti i 2000 magneti superconduttivi che compongono LHC, segno che la ricerca fondamentale non solo fornisce conoscenza, ma anche lavoro alla nostra industria.

Un’ultima notazione. Il bosone di Higgs è noto come la “Particella di Dio”. L’equivoco nasce dalla modifica, fatta dall’editore, in fase di stesura del titolo del libro di Leon Lederman "The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?", pubblicato nel 1993. Il titolo originale era la “Dannata particella”, (Goddamn particle). Personalmente penso che qui poco o nulla c’entri Dio.

 

ps.  Molti si saranno chiesti come mai non sono stati premiati col Nobel anche la Gianotti e Tonelli o il CERN? Prima di tutto perchè i dati sono ancora incompleti, anche se hanno dato evidenza della presenza del bosone di Higgs, ma devono essere sottosposti a ulteriori verifiche. In secondo luogo i cosidetti esperimenti collaterali sono stati fatti da vari ricercatori, una volta dalla Gianotti, un'altra da Tonelli un'altra ancora da Incandela e così via. Ci hanno lavorato centinaia di scienziati e siccome i Nobel per le scienze sono dati alle persone, non potevano assegnare il Nobel alla istituzione CERN. Diversamente fu il caso del Nobel per la pace che fu assegnato all'IAEA, al IPCC. Il Nobel a Rubbia e Van der Meer fu assegnato perchè essi avevano pensato e realizzato l'esperimento che aveva dimostrato le teorie di Salam e Weinberg e Glashow sull'unificazione delle interazioni deboli con quelle elettromagnetiche. Ciò non toglie il grande merito della scienza italiana che ha contribuito non poco alle realizzazioni che sono alla base degli esperimenti che hanno indicato che il bosone di Higgs, Englert esiste. Purtroppo il terzo autore della teoria, Brout, è morto nel 2011, per cui non ha potuto avere il Nobel.
Rodolfo Guzzi

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