Concetti Chiave
- Tutte le cose nell'universo sono composte da particelle fondamentali, descritte dal Modello Standard, che formalizza le interazioni tra di esse.
- Frank Wilczek propone che lo spazio vuoto possa essere considerato un superconduttore, riempito da un etere materiale che conduce.
- Il Modello Standard prevede che i bosoni W e Z risultino privi di massa, ma acquisiscono massa tramite un meccanismo simile alla superconduttività.
- I condensati, come le coppie quark-antiquark, sono materiali che riempiono lo spazio e si formano spontaneamente dal vuoto.
- La scoperta del bosone di Higgs è cruciale poiché consente a tutte le particelle fondamentali di avere massa, rendendo possibile l'esistenza della materia.
I risultati di tutti gli studi svolti sin dai primi decenni del 1900 portano ad una sostanziale conclusione: ogni cosa nell'universo è composta da blocchi costitutivi elementari chiamati particelle fondamentali. La formalizzazione del modo in cui tali particelle interagiscono e del modo in cui esse obbediscono alle forze della natura si trova nella teoria che prende il nome di Modello Standard.
Il Modello Standard - scrive Frank Wilczek - riesce a descrivere molto bene la realtà in cui ci troviamo a vivere. Così finiamo per sospettare che l'entità che chiamiamo spazio vuoto sia un tipo strano di superconduttore. Se c'è superconduttività, deve esserci un materiale che conduce. La nostra strana superconduttività si realizza dappertutto, quindi l'impresa richiede un etere materiale che riempie lo spazio. Qual è questo materiale concretamente? Che cos è che, nel superconduttore cosmico, ha il ruolo che hanno gli elettroni nei superconduttori ordinari?
Come spesso accade, per evolvere da un livello di conoscenza all'altro bisogna inventare il modo di superare i limiti sensoriali umani. A creature, dotate di occhi molto più potenti dei nostri e capaci quindi di poter distinguere i minuscoli intervalli di tempo (
Oltre l'attività spontanea dei campi quantistici - citando ancora Wilczek - lo spazio è riempito da diversi strati di qualcosa di più permanente e sostanziale. Sono eteri in un senso che si avvicina di più a quello originario di Aristotele e Descartes, sono materiali che riempiono lo spazio. In alcuni casi possiamo persino capire di che cosa sono fatti e produrne piccoli campioni. I fisici di solito chiamano questi eteri materiali condensati. Si può dire che essi si condensano spontaneamente dallo spazio vuoto come la rugiada del mattino o una nebbia che avvolge ogni cosa, possono condensarsi dall'aria invisibile e umida. Tra tutti i condensati, quello che comprendiamo meglio consiste di coppie quark-antiquark. Stiamo parlando di particelle reali, oltre le particelle virtuali che vanno e vengono spontaneamente.
Nel Modello Standard i bosoni W e Z, se valutati nella loro essenza e secondo le equazioni che li definiscono, risultano privi di massa, come il fotone e i gluoni colorati. La realtà, tuttavia, richiede che siano pesanti. I fisici hanno imparato a realizzare l'artificio di far acquisire massa ai bosoni W e Z copiando la natura. Il modello che la natura fornisce per rendere pesanti le particelle che trasmettono una forza è la superconduttività, infatti, in un superconduttore i fotoni diventano pesanti.
I fotoni, come noto, sono perturbazioni in movimento di campi elettrici e magnetici. In un superconduttore, gli elettroni reagiscono vigorosamente ai campi elettrici e magnetici e nel tentativo di ristabilire l'equilibrio finiscono col diventare un freno per il movimento dei campi. Perciò, invece di viaggiare alla tipica velocità della luce, all'interno di un superconduttore i fotoni si muovono più lentamente. Risulta come se avessero acquisito inerzia. Quando si studiano le equazioni, si vede che i fotoni rallentati in un superconduttore obbediscono alle stesse equazioni del moto che sarebbero seguite da particelle con una massa reale. Se ci fosse capitato di essere una forma di vita il cui habitat naturale è un superconduttore, percepiremmo i fotoni come particelle dotate di massa.
Nessuna forma di materia oggi conosciuta ha le proprietà giuste. Quindi in realtà non sappiamo che cosa sia questo nuovo etere materiale. Sappiamo per come si chiama: condensato di Higgs, dal nome del fisico scozzese, Peter Higgs, che è stato il pioniere di alcune di queste idee. La possibilità più semplice è che sia composto da una particella nuova, la cosiddetta particella di Higgs.
La scoperta del bosone di Higgs fornisce quindi la risposta ad un interrogativo fondamentale. L'esistenza di tale particella consente a tutte le altre particelle fondamentali, dal protone all'elettrone agli altri bosoni, di avere una massa. Senza il bosone di Higgs la materia non esisterebbe e sicuramente non esisterebbe così come la conosciamo noi.
Domande da interrogazione
- Qual è la conclusione principale degli studi sulle particelle fondamentali?
- Come descrive Frank Wilczek lo spazio vuoto?
- Cosa sono gli "eteri materiali condensati" secondo il testo?
- Come acquisiscono massa i bosoni W e Z nel Modello Standard?
- Qual è l'importanza del bosone di Higgs nella fisica delle particelle?
Gli studi dimostrano che tutto nell'universo è composto da particelle fondamentali, e il Modello Standard formalizza le interazioni tra queste particelle e le forze della natura.
Wilczek suggerisce che lo spazio vuoto possa essere visto come un superconduttore strano, riempito da un materiale che conduce, simile a un etere materiale.
Gli eteri materiali condensati sono sostanze che riempiono lo spazio e si formano spontaneamente, come la rugiada, e possono includere coppie di quark-antiquark.
I bosoni W e Z, che teoricamente sono privi di massa, acquisiscono massa attraverso un processo simile alla superconduttività, dove i fotoni diventano pesanti in un superconduttore.
La scoperta del bosone di Higgs è fondamentale perché consente a tutte le particelle fondamentali di avere massa; senza di esso, la materia, come la conosciamo, non esisterebbe.
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