Tesina sul Bosone di Higgs

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Il 4 luglio 2012 sarà ricordato come un giorno speciale da tutti i fisici delle particelle e non solo. È stata infatti rilevata presso il LHC del CERN di Ginevra, grazie a due esperimenti indipendenti, ATLAS e CMS, la particella mancante del modello standard, il Bosone di Higgs. I due esperimenti consistevano in acceleratori capaci di portare le particelle a velocità prossime a quelle della luce.

Questa “macchina” lunga 27 km è un tubo situato in profondità ed è il posto più freddo dell’universo perché i magneti di LHC devono essere tenuti a una temperatura di 270 °C sotto zero (1 grado in meno della temperatura media dell’Universo); essa è anche il punto più caldo della galassia perché quando le particelle si scontrano si scatena una temperatura di mille miliardi superiore a quella interna del sole, in un punto microscopico; LHC è anche il luogo più vuoto del cosmo perché non esiste un altro luogo dell’Universo dove sia presente così poca densità di materia.

Gli scontri con le particelle riproducono un piccolo big bang, l’origine dell’Universo. Al momento dello scontro fuoriescono fontane di particelle fatte di altre particelle: da qui, LHC, con le sue gigantesche “macchine fotografiche” cerca di vedere strani oggetti come il Bosone di Higgs.

Al momento del big bang universale particelle si stringevano all’interno di uno spazio termico; all’espandersi delle gocce, le particelle perdevano energia, la massa non esisteva ancora. Quando la temperatura si abbassava appena un po’ accadeva che l’intero universo era permeato da un corpo che si materializzò in un colpo.

Questo è quello che i fisici chiamano Campo di Higgs che ha effetti particolari sulle particelle elementari che si muovevano fino a quel momento. Le particelle entrano nel campo con una determinata velocità diversa a seconda del tipo stesso di particella.

Una parte dell’energia delle particelle viene convertita in qualcos’altro, in massa, secondo l’equazione di Einstein:

2 =

Come fa il campo di Higgs a conferire massa alle particelle? Il campo è costituito da particelle che trasmettono l’effetto del campo e che chiamiamo Bosoni di Higgs. Essi compaiono e scompaiono dando movimento al campo.

Quando un elettrone entra nel campo, attraversa con facilità il mare di bosoni poiché è costituito solo da energia; il muone, meno scivoloso e con più massa, incontra più resistenza; la particella W, con massa maggiore, trova ancora più resistenza e i bosoni le si affollano intorno riducendone la velocità; il quark top, essendo praticamente solo massa, viene quasi bloccato dai bosoni e, rallentando, converte molta della sua energia in massa.

I fisici sono convinti che sia possibile con un esperimento creare e distruggere bosoni di Higgs, partendo dal presupposto che appaiono e scompaiono. Questo è uno dei compiti principali dell’LHC.

L’energia scambiata in una collisione frontale nell’LHC tra due protoni che viaggiano ad una velocità vicina a quella della velocità della luce può portare alla creazione del bosone di Higgs.

Le collisioni di questo tipo sono molto rare e un bosone si crea analizzando migliaia e migliaia di collisioni; solo in una piccola percentuale di queste possiamo riuscire a fotografare un bosone di Higgs attraverso i rivelatori.

Si produce un bosone di Higgs circa ogni 10000 miliardi di collisioni, esso, una volta prodotto, si disintegrerà in coppie di particelle che sappiamo riconoscere.

Il bosone di Higgs quindi, non è una particella come le altre ed ha una funzione molto importante: esso interagisce, infatti, con tutte le altre particelle e in questa interazione produce la massa, che è quella delle particelle elementari conosciute.