Bosone di Higgs - Tesina

Indice: Il bosone di Higgs e quelle

p. 5 Introduzione:

scoperte che cambiano la vita

p. 7 Fisica: Il bosone di Higgs

p. 10 Latino: L’ atomismo di Lucrezio

Le cosmicomiche Tutto in un

p. 14 Italiano: e

punto

p.17 Scienze della Terra: Il modello dell’ Universo

inflazionario paradigmi

p. 20 Filosofia: Thomas Samuel Kuhn, e

rivoluzioni scientifiche

Frankenstein,

p. 23 Inglese: the consequences of

scientific revolutions

p. 26 Bibliografia e Sitografia

Il bosone di Higgs e

quelle scoperte che

cambiano la vita

“Gli usi pratici? Imprevedibili. Sarà un cambio di paradigma .”

“Un giorno del 1850 William Gladstone, cancelliere dello

Scacchiere della regina Vittoria, in visita al laboratorio di

Michael Faraday, l'immenso pioniere dell'elettricità e del

magnetismo, non poté resistere, come spesso capita ai

ministri delle Finanze di ogni tempo, a porre la fatidica

domanda: “Interessante, ma qual è il suo uso pratico?”.

Faraday gli rispose con esemplare onestà e preveggenza:

“Al momento non saprei, sir, ma è assai probabile che in

futuro ci metterete una tassa sopra!”. Sarebbe impensabile

oggi negare l'impatto decisivo che le grandi rivoluzioni

scientifiche occorse tra la fine dell' Ottocento e gli inizi del

Novecento hanno prodotto sulla nostra attuale qualità della

vita, eppure, forse proprio perché siamo circondati dalle

Rolf-Dieter Heuer, 1948 straordinarie applicazioni tecnologiche di queste rivoluzioni,

la tendenza a considerare la ricerca di base come un lusso si riaffaccia ciclicamente nelle

convinzioni (e di conseguenza nelle azioni) dei policy makers.

Ma ogni tecnologia ha un periodo di crescita temporalmente limitato, che la porta

inevitabilmente a una saturazione, condannando dapprima allo stallo e poi al declino una

società che non ricerchi costantemente i cambiamenti di paradigma e l'innovazione. Per

dirla in maniera semplice: se siete capaci a fabbricare candele, farete candele sempre più

sofisticate, ma non sarete mai in grado di concepire una lampadina elettrica. Tra la

candela e la lampadina c'è un cambiamento di paradigma, nel caso specifico la teoria

dell'elettromagnetismo.

Questa costante volontà di ampliare la comprensione delle leggi della natura è la ragion d'

essere del CERN di Ginevra, il più grande laboratorio mondiale di fisica fondamentale (…).

Nato nel 1954, ospita una comunità di più di 14 mila fisici, ingegneri e tecnici, che

costituiscono uno straordinario ecosistema in cui ricerca di base, tecnologia e formazione

concorrono in maniera inscindibile alla realizzazione di questo scopo primario.

Il 2012 è stato un anno eccezionale: il 4 luglio, gli esperimenti ATLAS e CMS hanno

annunciato la scoperta di una particella le cui caratteristiche erano compatibili con il

bosone di Higgs, che per più di quaranta anni è stato una sorta di Sacro Graal per la fisica

delle interazioni fondamentali. Quello che rende questa particella così speciale è il fatto

che essa è la prova regina dell' esistenza

del meccanismo che dà origine alla massa

di tutte le particelle elementari, un

meccanismo che si è messo all' opera un

centesimo di miliardesimo di secondo

dopo il Big Bang e che ha reso possibile la

formazione dell' universo e in ultima

istanza di noi che lo osserviamo.

Tornando alla domanda di Gladstone: ci

cambierà la vita il bosone di Higgs? Sì e

no. Anche se non possiamo al momento

pensare a nessuna sua applicazione The globe of science and development, il monumento che

celebra lo sviluppo sostenibile, presso il CERN di Ginevra

pratica, la storia ci ha insegnato che le

grandi scoperte hanno sempre generato, dopo qualche tempo e in maniera del tutto

imprevedibile, fenomenali cambiamenti nella nostra società (…).

E anche senza aspettare tempi lunghi, l' imprescindibile sinergia tra scienza e tecnologia,

così necessaria alla ricerca di base, è un motore costante dell' innovazione e produce

risultati immediatamente vantaggiosi per la società. L' esempio più clamoroso di ciò è l'

invenzione al CERN nel 1989 del Web, che oggi genera il 15% dell' economia mondiale e

che ha cambiato in maniera sostanziale il nostro modo di vivere (…).

L' elenco delle storie di successo potrebbe continuare a lungo, ma quello che ci preme di

più è ribadire che, specialmente nei momenti di crisi economica, è necessario avere il

coraggio e la lucidità di investire in educazione, ricerca e innovazione. Solo questo è lo

strumento più efficace per superare in fretta e stabilmente la crisi e, nel lungo termine, è la

maniera migliore per sperare in un futuro sostenibile: le scoperte della scienza hanno da

sempre scandito e indirizzato la storia dei popoli e non vi è alcun ragionevole motivo per

cui questa stretta dipendenza possa oggi essere messa in discussione.”

Il bosone di

Higgs

Il bosone di Higgs è la pietra angolare del modello

standard, la descrizione teorica del mondo subatomico. L’

esistenza di questa particella è stata ipotizzata nel 1964

dal fisico britannico Peter Ware Higgs (1929-) dell’

Università di Edimburgo, come risultato di un sottile

meccanismo che conferisce la massa alle particelle

elementari. Un' immagine di Peter Higgs

Il Modello Standard

Il Modello Standard della fisica subatomica è la teoria che descrive il comportamento delle

forze fondamentali conosciute (forza debole, forza elettromagnetica e forza forte) e di tutte

le particelle elementari ad esse collegate. Questo modello è stato costruito negli anni ’70 e

confermato poi negli anni successivi dalla sperimentazione del CERN.

Il bosone

Il meccanismo richiede la presenza di un campo scalare (l’ insieme dei valori numerici che

una grandezza fisica viene ad assumere punto per punto) distribuito per tutto l’ universo,

interagendo con il quale, ciascuna in modo diverso, le particelle acquisirebbero la massa

che hanno. Il fatto che alcune particelle abbiano massa maggiore di altre dipende dal

modo specifico in cui ciascuna di esse interagisce con il campo. La maggiore o minore

“resistenza” che il campo di Higgs oppone alle particelle, riducendone la velocità, è ciò

che conferisce loro la massa che hanno. Dal punto di vista sperimentale, infatti, il fatto che

una particella si muova a una velocità minore rispetto alla velocità della luce implica che

essa abbia una massa. Il bosone di Higgs è la manifestazione fisica di questo campo (il

campo di Higgs) che permea ogni angolo del cosmo e dota le particelle elementari delle

rispettive masse. Questo bosone non ha carica elettrica e ha una massa, infatti interagisce

anche con se stesso, ed è instabile, potendo decadere in vari modi. Pare che questo

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bosone abbia una massa di 125-126 GeV / c .

La ricerca La conferma dell’ esistenza del bosone di Higgs è stata uno dei

principali campi di indagine negli ultimi anni al CERN (Organizzazione

Europea per la Ricerca Nucleare) di Ginevra, all’ interno dell’ enorme acceleratore di

particelle LHC. Anche se LHC è un gigantesco collisore che alimenta quattro rilevatori,

solo i due più grandi, ATLAS e CMS, hanno il compito di trovare il bosone di Higgs, la

particella che si cerca da tempo e che completerebbe il modello standard della fisica delle

particelle. Ciascuno degli enormi rivelatori registra i frammenti subatomici emessi

incessantemente dalle collisioni che avvengono al suo interno; una dettagliata analisi

individuale di queste particelle può rivelare l’ elusivo bosone di Higgs. Gli esperimenti

ATLAS e CMS non possono osservare direttamente un bosone di Higgs: decadrebbe

troppo rapidamente in altre particelle. Essi cercano prove del fatto che sia stato generato

al loro interno. A seconda della massa del bosone di Higgs esso può decadere in particelle

più leggere in diversi modi. Esso infatti è estremamente instabile e decade rapidamente in

numerosi processi diversi. I rilevatori ATLAS e CMS sono stati progettati per individuare gli

occasionali eventi che potrebbero arrivare dal decadimento del bosone di Higgs e per

“buttare via” quello che resta. LHC ha cominciato a raccogliere una gran quantità di dati

nel corso del 2011, a sufficienza per cogliere un primo indizio di segnali dell’ esistenza del

bosone di Higgs. Sia ATLAS sia CMS avevano osservato varie decine di eventi sopra il

fondo atteso in cui due fotoni emergevano con un’ energia congiunta vicina a 125

gigaelettronvolt (GeV, l’ unità di misura standard di massa ed energia della fisica delle

particelle). Nessuno dei segnali osservati nel 2011 tuttavia era “forte” a sufficienza per

permettere di parlare di “scoperta”.

La scoperta

Il direttore del CERN, Rolf-Dieter Heuer (1948-), poté osservare per primo i risultati dei vari

esperimenti il 22 giugno 2012. Heuer decise che le prove

dell’ esistenza di una particella compatibile con il bosone

di Higgs erano abbastanza solide da poterle rendere

pubbliche. Decise di tenere un seminario speciale il 4

luglio al CERN, seguito da una conferenza stampa. Peter

Higgs entrando in sala fu accolto da un caloroso e

prolungato applauso. CMS e

ATLAS conclusero

indipendentemente che la

La sala stampa del CERN affollata in probabilità che l’ apparizione di

occasione dell' annuncio del 4 luglio picchi di dati intorno a 125 e 126

GeV fosse accidentale era inferiore a una su tre milioni. Il

portavoce di CMS concluse dichiarando che era stata osservata

una nuova particella compatibile con il bosone di Higgs. Quando Peter in lacrime dopo

Higgs

l' annuncio scoperta

della

la telecamera inquadrò Higgs, si vide che si stava asciugando gli del bosone

occhi con un fazzoletto.

Le conseguenze

Attualmente l’ attenzione sperimentale e teorica è concentrata nel capire se la nuova

particella sia veramente il bosone di Higgs previsto dal modello standard o no. La scoperta

epocale di questa particella pone fine a una lunga era della fisica delle particelle e dà l’

inizio a una nuova e avvincente fase di studio dei fenomeni. Sono molte le domande che

potrebbero trovare una risposta nelle nuove ricerche su questa particella. Ad esempio, il

bosone di Higgs ha un ruolo nel meccanismo dell’ inflazione che è considerato la forza

trainante delle origini dell’ universo subito dopo il big bang?

L’ atomismo di

Lucrezio

I pochi dati sulla vita di Tito Lucrezio Caro derivano da una notizia riportata dalla Cronaca

dello scrittore cristiano Girolamo (IV secolo d.C.): nel 96 o 94 a.C. nasce il poeta Tito

Lucrezio, in luogo ancora ignoto, si suicidò nel quarantaquattresimo anno di età. La storia

del suicidio sembra essere stata inventata dai cristiani per screditare la sua concezione

materialistica.

De rerum natura

Il Il De rerum natura è’ l’ unica opera di Lucrezio, un poema

epico-didascalico la cui data di composizione è sconosciuta.

Probabilmente fu pubblicato postumo grazie a Cicerone.

Comprende sei libri, i quali si presentano riuniti a coppie: i

primi due espongono i principi fondamentali della dottrina

atomistica su cui è fondata la fisica epicurea. Il libro I

contiene l’ enunciazione dell’ argomento e l’ elogio di

Epicuro. Lucrezio inizia poi a illustrarne la fisica: dapprima il

principio fondamentale che “nulla si genera dal nulla e nulla

ritorna nel nulla”, poi la teoria degli atomi, i principi primi

indistruttibili e indivisibili, dal cui incontro nascono tutte le

cose. Il libro II illustra il movimento degli atomi, che in virtù

del loro peso cadono a pioggia nel vuoto infinito secondo

traiettorie rettilinee. In seguito viene illustrata la teoria del

Tito Lucrezio

clinàmen e le sue conseguenze dal punto di vista morale. Segue il discorso sull’ infinità

delle forme degli atomi e sulla varietà delle loro composizioni in una quantità infinita di

mondi, tutti soggetti a una continua vicenda di formazione e disgregazione, di nascita e

morte.

I neologismi

Lucrezio, pur trattando di filosofia greca, rinuncia quasi del tutto a introdurre grecismi nel

testo e li sostituisce con formazioni originali. La parola greca per indicare l’ atomo (àtomos)

è resa con primordia o primordia rerum, semina rerum, corpora prima.

L’ atomismo

E dunque, poiché esiste un punto estremo nel corpo