martedì 14 aprile 2015

Il Bosone di Higgs, dove la politica divide la scienza unisce

Sulle rive dell'incantevole lago Lemano, nell'estremo sud ovest della Svizzera e a pochi passi dal confine francese, sorge una città ricca di arte, storia e cultura. A Ginevra, capitale dell'omonimo cantone, s'incontrano un miscuglio di razze, cucine e tradizioni in grado di far apprezzare al turista i diversi angoli di mondo e la stessa aria cosmopolita si respira anche nel più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle, il CERN (dal francese Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) nato proprio a Ginevra grazie all'accordo stipulato il 29 settembre 1954 fra 12 paesi europei. In questa spettacolare foresta di brillanti cervelli (ma prima di tutto di menti curiose) si cerca di rispondere alla domanda che già gli antichi Greci si ponevano: di cosa sono fatti l'uomo, il mondo e l'universo? Sono passati migliaia di anni e finalmente la risposta sembra essere vicina.
L'argomento se pur comprensibile a pochi è ricco di fascino e siccome ho intenzione di recarmi nella bella Ginevra e al CERN, vorrei condividere la mia curiosità sul Bosone di Higgs, o particella di Dio, promettendo poi di scrivere il diario di viaggio a cui siete abituati. A tal proposito, per chi volesse visitare il Centro Europeo per la Ricerca Nucleare segnalo il sito dove compilare l'apposito form, indispensabile e obbligatorio per la partecipazione ai tour guidatihttp://outreach.web.cern.ch/outreach/visites/individuelle.html
Nei primi giorni di aprile 2015 il Large Hadron Collider ha ripreso a funzionare dopo uno stop tecnico di due anni durante i quali i tecnici hanno potenziato l'enorme acceleratore ora pronto a raggiungere i 13 Tev (Tev è l'unità di misura dell'energia, 1 Tev=1000 miliardi di elettronvolt, 10^12 eV), energia molto maggiore rispetto a quella sprigionata nel 2012 quando fu scoperto il Bosone di Higgs [^1] e indispensabile per approfondire le conoscenze della celebre particella di Dio. Ma quali passi a dovuto compiere la scienza per arrivare fin qui? La mia domanda ha trovato risposta nel libro di Jim Baggott 'Il Bosone di Higgs', un testo davvero interessante se pur in certi punti non di facile comprensione a noi profani.     

"Il 4 luglio 2012 la notizia che al CERN di Ginevra era stato scoperto qualcosa di molto simile al bosone di Higgs si diffuse immediatamente in tutto il mondo come un virus informatico altamente contagioso." Così inizia la narrazione e ci si rende subito conto che quel giorno è avvenuto qualcosa di straordinario, qualcosa che i posteri leggeranno sui libri di storia (o meglio sui blog), qualcosa che segnerà il nostro futuro. Ovviamente viene da chiedersi come mai sia così importante e la Dottoressa Fabiola Gianotticoordinatrice dell'esperimento Atlas nonché nuovo direttore generale del Cern a partire dal 2016, è riuscita a spiegarlo con disarmante semplicità durante l'intervista alla trasmissione 'Che tempo che fa' del 28 aprile 2013: "è importante per capire il perché le altre particelle hanno quella determinata massa che ci permette di esistere... Il bosone di Higgs da massa alle altre particelle e ci consente di capire cosa accadde un centesimo di miliardesimo di secondo dopo il big bang (non possiamo andare indietro oltre perché energia e temperatura erano più alte e con le tecnologie odierne non è ancora possibile riprodurle). Con il big bang l'universo si estende, si raffredda, il campo diventa melassa, le particelle che prima scorrazzavano libere si aggregano acquisendo consistenza e quindi massa." 
Abbiamo capito che questo bosone rappresenta un passo cruciale per la conoscenza della materia, dell'universo e da qui gli studi proseguiranno inarrestabili. D'altronde tutti al CERN, dal tirocinante al premio nobel, lavorano gomito a gomito caparbi ed entusiasti in nome di un progresso usufruibile dall'intera umanità e per gli scettici che ancora s'interrogano sull'utilità della ricerca la Dottoressa Gianotti ci ricorda: "senza la meccanica quantistica [^2] non ci sarebbero i transistor, senza i principi relativistici [^4] i gps non funzionerebbero e senza gli acceleratori di particelle adattati al campo medico molti pazienti non potrebbero combattere il cancro". 
Inoltre al Centro Europeo per la Ricerca Nucleare accade ciò che per la politica sembra impossibile: uomini e donne visionari provenienti da Stati perennemente in conflitto fra loro intersecano pacificamente il proprio sapere per far brillare la scintilla della scoperta e non quella della guerra.

Large Hadron Collider (LHC), foto di Maximilien Brice (CERN) tratta dal sito del Cern al seguente indirizzo internet: http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/01/cms-pins-down-higgs-first-run-data 


Tuffiamoci nell'avventura della fisica particellare ripercorsa nella prima parte del libro. Dalle acute intuizioni degli antichi Greci fino al XX secolo passando per Thomson (scoprì l'elettrone), Rutherford (disegnò il modello planetario dell'atomo), Dirac (padre dell'antimateria), Chadwick (scovò il neutrone) e insieme a loro, a tessere questa eccezionale sinfonia di rivelazioni, Einstein con la formula più conosciuta al mondo: Energia= m*v^2 secondo cui la materia si converte in energia. Le intuizioni di uomini e donne dalle intelligenze sopra la media portano pian piano all'elaborazione di uno schema universale detto Modello Standard [^5]; probabilmente ne avrete sentito parlare in qualche trasmissione di approfondimento scientifico andata in onda negli ultimi tempi.
Se i fisici teorici snocciolano equazioni su equazioni tocca poi ai fisici sperimentali dimostrarle praticamente e di questo si occupa in modo approfondito la seconda parte del libro. Nel 1929 un certo Ernest Lawrence inventa il ciclotrone nel quale i protoni sono accelerati in una traiettoria a spirale; in seguito progetti sempre più complessi conducono gli Stati Uniti a costruire il sincrotrone che per primo è in grado di far seguire alle particelle un percorso circolare al fine di ottenere energie maggiori. Dal grande progetto incompiuto nel Texas dell'SSC, per gli amici Desertron, all'onorata carriera del Tevatron (non so voi ma a me questi nomi ricordano i personaggi della serie Transformers) la tecnologia negli USA affianca quella del CERN in Europa. 
Anche a Ginevra l'instancabile attività nello sviluppo di macchine evolute è spinta dalla ricerca di particelle nei nucleoni (ovvero nei protone e nei neutroni). Così, seguendo i principi del Modello Standard ma nel contempo divagando in altre eccitanti teorie come quella del Multiverso [^6], della Supersimmetria [^7], delle Stringhe [^8] e ciliegina sulla torta della Teoria del Tutto [^3], si arriva all'inaugurazione del Large Hadron Collider (LHC) nel 2008. Pensate, un tunnel di 27 chilometri dove 1746 magneti superconduttori sono raffreddati a una Temperatura prossima a quella dello 0 assoluto e due fasci di protoni si scontrano fra loro per suddividersi in parti piccolissime, minuscole come il Bosone di Higgs finalmente 'acciuffato' dai grandi rilevatori ATLAS e CMS posti lungo l'anello sotterraneo.
Da questa scoperta inizia una nuova entusiasmante avventura alla ricerca di quel 95% dell'universo non visibile, un incredibile viaggio nella materia oscura, nell'energia, nel vuoto, tutti elementi portati al grande pubblico dalle serie fantascientifiche. In fondo per diventare dei bravi studiosi bisogna prima di tutto essere dei visionari, dei sognatori capaci di ammettere che l'uomo è in grado di controllare ben poco e dominare ancora meno ma può scoprire davvero molto perché quando tutto divide la scienza ha ancora il potere di unire.  
   
Breve glossario

1- Il Bosone di Higgs teorizzato nel 1964 e dimostrato nel 2012 dal Cern dimostra la teoria che conferisce massa alle particelle elementari ed è così importante perché senza di esso non potrebbe formarsi nulla. Ha probabilmente spin 0 e massa compresa tra i 125 e i 126 Gev. Il campo di Higgs permea tutto lo spazio vuoto dell'universo in qualsiasi istante.

2- La meccanica quantistica spiega il comportamento ondulatorio e corpuscolare delle particelle di cui siamo fatti a differenza della meccanica classica dove la particella è raffigurata solo come un punto. 

3- La Teoria del tutto, oltre a essere un film recentemente uscito nelle sale cinematografiche incentrato sulla vita di Stephen Hawking, il famoso fisico inglese i cui studi riguardano l'origine dell'universo e i buchi neri, è quella tesi che dovrebbe collegare fra loro tutti i fenomeni fisici esistenti.

4- La Relatività generale combina la relatività ristretta (dove le leggi della meccanica, dell'ottica e dell'elettromagnetismo sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziale) con la teoria gravitazionale legando lo spazio e il tempo in un'unica entità capace di curvare e di distendersi un po' come fosse una rete capace di allungarsi, restringersi, distorcersi. 

5- Il Modello Standard è una teoria che descrive 3 delle 4 forze fondamentali ovvero la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte (fra protoni e neutroni nel nucleo) e la forza nucleare debole, però non menziona la forza gravitazionale. In questo modello le particelle elementari sono classificate secondo lo spin: i Fermioni, quark e leptoni, con spin semi intero e i Bosoni con spin intero. Questi ultimi sono le particelle mediatrici delle 3 interazioni fondamentali: il fotone (privo di massa) è il mediatore della forza elettromagnetica, i bosoni W e Z (particelle pesanti) sono i mediatori della forza nucleare debole mentre i gluoni sono i mediatori della forza nucleare forte. Nel modello standard i gravitoni (mediatori della forza gravitazionale) non sono considerati.

6- Nella Teoria del Multiverso esisterebbero tanti universi bolla come risultato dell'espansione dell'universo in una frazione di tempo dopo la sua nascita. Questa teoria spiegherebbe il valore di diverse costanti come ad esempio la massa dell'elettrone. Inoltre la teoria afferma che esistono tanti universi ognuno con le proprie costanti perciò il nostro universo (e quindi noi) è nato per una coincidenza poiché per puro caso le particelle hanno assunto dei valori idonei per il proliferare della vita.

7- Per la Supersimmetria ogni particella ha una gemella identica eccetto nello spin che differisce di +/- 1/2 (per esempio il gemello supersimmetrico del fotone con spin 1 è il fotino con spin 1/2); la teoria della supersimmetria spiegherebbe alcune delle lacune del modello standard

8- Secondo la Teoria delle stringhe i blocchi minimi in cui si può suddividere la materia non sono punti ma stringhe oscillanti; queste avrebbero una lunghezza che sarebbe poi la dimensione più piccola osservabile (non esiste ancora la strumentazione in grado di osservarle). La teoria suggerisce che l'elemento spazio-tempo non sia quadrimensionale bensì possieda 10 dimensioni con 6 dimensioni nascoste sovrapposte. 

Grazie a tutti coloro che hanno visitato il mio blog e hanno condiviso questo post. Un caloroso saluto da Amare, Viaggiare, Scrivere.

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