Conosciamo e amiamo tutti il bosone di Higgs - che per il dispiacere dei fisici è stato erroneamente etichettato dai media come "particella di Dio" - una particella subatomica individuata per la prima volta nel Large Hadron Collider (LHC) nel 2012. Quella particella è un pezzo di un campo che permea tutto lo spazio-tempo; interagisce con molte particelle, come elettroni e quark, fornendo a quelle particelle una massa piuttosto fredda.
Ma l'Higgs che abbiamo notato era sorprendentemente leggero. Secondo le nostre migliori stime, avrebbe dovuto essere molto più pesante. Questo apre una domanda interessante: certo, abbiamo individuato un bosone di Higgs, ma era l'unico bosone di Higgs? Ci sono più galleggianti là fuori che fanno le loro cose?
Sebbene non abbiamo ancora alcuna prova di un Higgs più pesante, un team di ricercatori con base all'LHC, il più grande smodificatore di atomi del mondo, sta scavando in questa domanda mentre parliamo. E si dice che mentre i protoni si frantumano all'interno del collettore a forma di anello, Higgs pesante e persino particelle di Higgs costituite da vari tipi di Higgs potrebbero uscire dal nascondiglio.
Se il pesante Higgs esiste davvero, allora abbiamo bisogno di riconfigurare la nostra comprensione del Modello Standard della fisica delle particelle con la nuova scoperta che c'è molto di più in Higgs di quanto non sembri. E all'interno di quelle interazioni complesse, potrebbe esserci un indizio su tutto, dalla massa della particella di neutrino spettrale al destino finale dell'universo.
Tutto sul bosone
Senza il bosone di Higgs, praticamente l'intero modello standard si schianta. Ma per parlare del bosone di Higgs, dobbiamo prima capire come il Modello Standard vede l'universo.
Nella nostra migliore concezione del mondo subatomico usando il Modello Standard, ciò che pensiamo come particelle non è in realtà molto importante. Invece, ci sono campi. Questi campi permeano e assorbono tutto lo spazio e il tempo. C'è un campo per ogni tipo di particella. Quindi, c'è un campo per gli elettroni, un campo per i fotoni e così via e così via. Quello che pensi come particelle sono piccole vibrazioni realmente locali nei loro campi particolari. E quando le particelle interagiscono (diciamo, rimbalzando l'una dall'altra), sono proprio le vibrazioni nei campi a fare una danza molto complicata.
Il bosone di Higgs ha un tipo speciale di campo. Come gli altri campi, permea tutto lo spazio e il tempo e può anche parlare e giocare con i campi di tutti gli altri.
Ma il campo di Higgs ha due lavori molto importanti da fare che non possono essere raggiunti da nessun altro campo.
Il suo primo compito è quello di parlare con i bosoni W e Z (attraverso i rispettivi campi), i portatori della debole forza nucleare. Parlando con questi altri bosoni, l'Higgs è in grado di dare loro massa e assicurarsi che rimangano separati dai fotoni, i portatori di forza elettromagnetica. Senza che il bosone di Higgs interferisse, tutti questi vettori sarebbero stati uniti e queste due forze si sarebbero unite.
L'altro lavoro del bosone di Higgs è di parlare con altre particelle, come gli elettroni; attraverso queste conversazioni, dà anche loro massa. Tutto funziona bene, perché non abbiamo altro modo di spiegare le masse di queste particelle.
Leggero e pesante
Tutto è stato elaborato negli anni '60 attraverso una serie di matematica complicata ma sicuramente elegante, ma c'è solo un piccolo intoppo alla teoria: non esiste un modo reale per prevedere l'esatta massa del bosone di Higgs. In altre parole, quando vai a cercare la particella (che è la piccola vibrazione locale del campo molto più grande) in un collettore di particelle, non sai esattamente cosa e dove la troverai.
Nel 2012, gli scienziati dell'LHC hanno annunciato la scoperta del bosone di Higgs dopo aver scoperto che alcune delle particelle che rappresentano il campo di Higgs erano state prodotte quando i protoni si erano schiantati l'uno contro l'altro alla velocità della luce. Queste particelle avevano una massa di 125 gigaelectronvolts (GeV), o circa l'equivalente di 125 protoni - quindi è un po 'pesante ma non incredibilmente enorme.
A prima vista, tutto ciò suona bene. I fisici non avevano davvero una ferma previsione per la massa del bosone di Higgs, quindi poteva essere qualunque cosa volesse essere; ci è capitato di trovare la massa all'interno dell'intervallo di energia dell'LHC. Rompi il gorgoglio e iniziamo a festeggiare.
Tranne il fatto che ci sono alcune mezze previsioni esitanti, una sorta di sorta di circa la massa del bosone di Higgs, basate sul modo in cui interagisce con l'ennesima particella, il quark top. Tali calcoli prevedono un numero molto superiore a 125 GeV. Potrebbe essere solo che quelle previsioni siano sbagliate, ma poi dobbiamo tornare indietro alla matematica e capire dove stanno andando le cose in tilt. Oppure la discrepanza tra le previsioni generali e la realtà di ciò che è stato trovato all'interno dell'LHC potrebbe significare che c'è di più nella storia del bosone di Higgs.
Enorme Higgs
Ci potrebbe essere un'intera pletora di bosoni di Higgs là fuori che sono troppo pesanti per noi da vedere con la nostra attuale generazione di collettori di particelle. (La cosa di energia di massa risale alla famosa equazione E = mc ^ 2 di Einstein, che mostra che l'energia è massa e massa è energia. Maggiore è la massa di una particella, più energia ha e più energia ci vuole per creare quella pesante cosa.)
In effetti, alcune teorie speculative che spingono la nostra conoscenza della fisica oltre il Modello Standard predicono l'esistenza di questi pesanti bosoni di Higgs. L'esatta natura di questi personaggi di Higgs aggiuntivi dipende ovviamente dalla teoria, che va da uno o due campi di Higgs extra-pesanti a strutture composte composte da più tipi diversi di bosoni di Higgs uniti insieme.
I teorici stanno lavorando sodo per cercare di trovare un modo possibile per testare queste teorie, dal momento che la maggior parte di esse è semplicemente inaccessibile agli esperimenti attuali. In un recente articolo presentato al Journal of High Energy Physics e pubblicato online sulla rivista di prestampa arXiv, un team di fisici ha avanzato una proposta per cercare l'esistenza di più bosoni di Higgs, in base al modo particolare in cui le particelle potrebbero decadere particelle più leggere e più facilmente riconoscibili, come elettroni, neutrini e fotoni. Tuttavia, questi decadimenti sono estremamente rari, quindi, sebbene in linea di principio possiamo trovarli con l'LHC, ci vorranno molti più anni di ricerca per raccogliere dati sufficienti.
Quando si tratta di Higgs pesante, dovremo solo essere pazienti.
