Fisica oltre Einstein

bosone di Higgs

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Nuovi esperimenti con risultati inspiegabili. È l’inizio di una rivoluzione in fisica?

Le 5 “falle” della teoria ufficiale

Al Fermilab di Chicago (Usa) è stata vista, forse, una nuova particella non prevista dal Modello Standard, la teoria ufficiale delle particelle elementari. Materia e antimateria, nel Modello Standard, sono equivalenti. Ma si osserva una maggiore produzione di materia in alcuni esperimenti. E nessuno sa spiegare perché l’antimateria sia così rara nel nostro universo. Il Modello Standard prevede l’esistenza del bosone di Higgs (“la particella di Dio”). Perché, allora, nessuno vede questa particella? Sempre secondo il Modello Standard, alcune particelle dette neutrini non dovrebbero avere massa. E invece ce l’hanno. Il Modello Standard fallisce nelle condizioni in cui diventa importante anche la Relatività di Einstein (Big Bang, buchi neri…). In queste condizioni, occorrerebbe una nuova teoria più generale di entrambe. La Teoria della Relatività Generale di Einstein descrive bene l’universo su larga scala, ma fallisce su scala microscopica. Per questo motivo, oggi, molti scienziati puntano a nuove teorie, capaci se possibile di descrivere l’intera realtà.

Dalla Svizzera agli Stati Uniti, in tutto il mondo, nuovi esperimenti stanno rimettendo in discussione teorie che sembravano ormai consolidate. Prime tra tutte il Modello Standard, che nei decenni passati ha inanellato una lunga serie di successi nel prevedere l’esistenza e le proprietà di particelle elementari poi effettivamente scoperte. Ma sono sempre più le crepe che si aprono nell’edificio di questa teoria. E gli scienziati parlano già di nuove entità chiamate “technicolor”, “supersimmetria”, “materia oscura”… Ecco perché. La prima novità arriva da un “vecchio” acceleratore di particelle, il Tevatron al Fermilab di Chicago (Usa), dove fasci di protoni e antiprotoni ad altissima velocità sono fatti scontrare tra loro per produrre nuove particelle. All’inizio dello scorso marzo, il team di ricercatori dell’esperimento Cdf (Collider detector at Fermilab) ha annunciato di aver osservato un fatto inusuale: la possibile traccia di una particella non ancora conosciuta con massa compresa tra 130 e 170 volte la massa del protone. Si tratta forse del famigerato “Bosone di Higgs”, diventato noto con il soprannome di “particella di Dio”, che tutti cercano ormai da decenni per spiegare la massa di tutte le particelle, e quindi anche di tutto ciò che ci circonda?

No, innanzitutto perché la frequenza con cui il fenomeno è stato osservato è maggiore di quanto si prevede per il bosone di Higgs.

Di cosa si tratta, allora? <<Forse dei segni di una nuova particella o di una nuova forza>> dice Luciano Ristori, fisico responsabile di Cdf per l’Italia. In particolare, si sospetta che l’anomalia sia il segno di una quinta forza fondamentale – che si aggiungerebbe alle 4 ben note (elettromagnetismo, forza nucleare debole,forza nucleare forte e gravità) – chiamata “technicolor”, perché simile alle forze nucleari dette “di colore” che agiscono tra i quark nei nuclei atomici. È tuttavia troppo presto per parlare di scoperta. Spiega Ristori: <<L’anomalia osservata potrebbe anche essere dovuta a un fluttuazione statistica, cioè a “uno scherzo del caso”, anche se questa probabilità è molto piccola: meno di 1 su mille>>. Un sospetto confermato dal fatto che recentemente DZero, un esperimento analogo a Cdf ma situato in un altro punto dello stesso acceleratore, ha cercato la stessa anomalia ma non l’ha trovata. Presumibilmente uno dei due gruppi di lavoro (ciascuno composta da 500 ricercatori) ha commesso qualche errore nell’analisi dei dati, che è molto complessa. L’ultima parola spetta all’Lhc (Large hadron collider), il più grande acceleratore di particelle al mondo, dal 2009 in funzione al Cern di Ginevra. Oggi l’Lhc funziona a pieno ritmo, ma non è ancora al massimo delle sue capacità, che sarà raggiunto gradualmente nei prossimi anni. L’energia degli urti, in particolare, è oggi di solo 7 TeV (Teraelettronvolt: unità di misura dell’energia nel modo microscopico), cioè la metà del massimo raggiungibile dalla macchina (14 TeV).

Ma è già più del triplo di quello che può raggiungere il Tevron (2TeV). <<Lhc dovrebbe riuscire a dare una risposta entro quest’anno e a estendere le osservazioni in modo da chiarire quello che avviene>> afferma Michelangelo Mangano. Dall’Lhc, comunque, non ci si aspetta che faccia luce solo su questa anomalia: si spera che apra le porte a tutto un nuovo mondo di fenomeni, a partire da “Susy”, come la chiamano affettuosamente i fisici. Cioè la supersimmetria. Questa teoria, sviluppata nella speranza di poter definire un’unica “superforza” da cui derivino come conseguenza tutte le altre, afferma che le particelle elementari hanno un “partner supersimmetrico”. Si sospetta che la supersimmetria possa spiegare uno dei grandi misteri della scienza moderna, quello della materia oscura, cioè della materia che costituisce circa il 90% delle galassie, ma che i nostri telescopi non riescono a vedere (se ne osservano solo gli effetti gravitazionali): si pensa che sia composta da invisibili particelle supersimmetriche.

Buchi neri killer e dimensioni extra
Nel 2008, quando l’Lhc stava per essere acceso, i media lanciarono l’allarme: e se nella nuova macchina del Cern, dagli scontri ad alta energia, si formassero buchi neri capaci di inghiottire la Terra? Magari! Gli scienziati rassicurano: al massimo si potrebbero creare mini buchi neri, che subito si disintegrerebbero generando altre particelle. Ma finora di buchi neri non ne è stato visto nessuno. Trovarli, anzi, sarebbe una scoperta sensazionale. Secondo la teoria di Einstein, infatti, questi minimostri non potrebbero mai formarsi nell’Lhc, perché la gravità è molto debole su scala microscopica. Se invece li osservassimo, vorrebbe dire che la gravità è più intensa del previsto in quelle condizioni: un fatto che si potrebbe spiegare ammettendo l’esistenza di dimensioni extra nel nostro universo. L’Lhc è stato progettato per creare le particelle supersimmetriche , se esistono, e studiarle. Finora, però, non è stato visto niente, tanto che alcuni fisici cominciano a sospettare che questa teoria, per quanto elegante, non fornisca un’adeguata spiegazione della realtà. Ma è presto per trarre conclusioni: <<Bisogna accumulare molti più dati>> dice Mangano.

Stranamente, un possibile indizio della supersimmetria è arrivato da un esperimento di tutt’altra natura, sull’antimateria. Lo studio si è svolto al Fermilab ed era stato già pubblicato un anno fa, ma è stato recentemente confermato: nel corso di alcuni fenomeni subatomici, in cui (stando al Modello Standard) si dovrebbe osservare uguale produzione di materia e antimateria o quasi, si osserva invece un eccesso di materia dell’1%. E ci sono solo 5 possibilità su 100 mila che l’anomalia osservata sia frutto del caso. Val Gibson, fisico dell’Università di Cambridge (Gb), dice che questo squilibrio ancora non spiega per intero come mai l’universo, che nelle fasi iniziali era presumibilmente composto da uguali quantità di materia e antimateria, sia oggi costituito solo di materia, mentre l’antimateria è quasi del tutto scomparsa. In ogni caso, si tratta di un primo passo importante. E si sospetta che all’origine dell’anomalia ci siano le particelle supersimmetriche, che avrebbero un ruolo importante nel processo. Alla fine, con tante novità, sembrerebbe che gli scienziati si siano dimenticati proprio del tanto atteso bosone di Higgs. Ma non è così. Qualcuno sostiene persino che la particella sia stata intravista dal Lep (Large Electron Positron collider), il prdecessore dell’Lhc al Cern, ben 11 anni fa. In effetti, dai dati del Lep è emersa la presenza di 2 o 3 “candidati” Higgs, cioè manifestazioni di particelle il cui comportamento coincide con quello che ci si aspetterebbe da un bosone di Higgs con massa pari a circa 130 volte quella del protone. Ma 2 o 3 eventi su miliardi e miliardi osservati sono troppo pochi per trarre conclusioni.

D’altro canto, la supersimmetria prevede chi di bosoni di Higgs ne esista addirittura più di un tipo. E invece non se ne osserva nessuno con certezza… E se, alla fine, questa particella non esistesse affatto? In tal caso bisognerebbe trovare risposte completamente nuove. Una possibilità è la forza “technicolor”, quella che potrebbe spiegare i dati del Cdf al Fermilab: se esistesse, potrebbe dare ragione della massa delle particelle e quindi non ci sarebbe più bisogno del bosone di Higgs. Non solo: implicherebbe anche l’esistenza di altre forme di materia. Ma ci sono anche ulteriori possibilità: <<Potrebbero esistere dimensioni “extra”>> dice John Ellis. L’universo, insomma, potrebbe svilupparsi in direzioni aggiuntive rispetto allo spazio 3D a noi familiare. I nostri corpi e i nostri sensi, vincolati allo spazio 3D così come i personaggi di un fumetto sono vincolati al mondo 2D di un foglio di carta, non potrebbero percepire queste dimensioni “extra” dell’universo. L’unica eccezione sarebbe la gravità, che potrebbe estendersi anche sulle dimensioni nascoste (e le prove potrebbero perfino essere a portata di mano): un’eventualità che avrebbe fatto impallidire Albert Einstein.

Raffaele Bonadies

18 Ottobre 2012

gettalarete.it

Fisica oltre Einstein ultima modifica: 2016-05-11T12:58:25+00:00 da Richard
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