Il CERN sospende le attività fino al 2015

GINEVRA – Il Large Hadron Collider (LHC) del CERN sospende le attività fino al 2015. Teatro di una straordinaria scoperta scientifica, rimbalzata sui siti web e sulle testate di tutto il mondo, il laboratorio sotterraneo non effettuerà esperimenti per almeno 18 mesi. In questo modo saranno possibili interventi di manutenzione e di potenziamento lungo tutta la catena dell’acceleratore.

Il direttore generale del CERN, Rolf Heuer, stamane ha commentato con soddisfazione questi tre anni di attività: “i calcoli, gli esperimenti, il complesso delle infrastrutture si sono comportati brillantemente, e abbiamo una grande scoperta scientifica in tasca”. Con oltre cinque miliardi di collisioni, gli scienziati hanno tra le mani una mole considerevole di dati da analizzare.

Gli interventi aumenteranno la capacità energetica dell’LHC, operazione essenziale per confermare definitivamente non solo che la particella scoperta è realmente il bosone di Higgs, ma anche per vagliare la consistenza di altre teorie, dalla supersimmetria alla materia oscura. Cosa dobbiamo aspettarci da un  futuro di collisioni a velocità sempre maggiori? 

Il bosone di Higgs  La più enigmatica tra le particelle elementari, prevista da Peter Higgs nel 1964, è finita lo scorso luglio nelle maglie di ATLAS e CMS, i due grandi rivelatori dell’LHC del CERN. Il bosone di Higgs è responsabile della massa di cui tutta la materia è dotata – per questo è chiamata “particella di Dio”. 

Con un ragionevole grado di certezza – una confidenza pari a 5 sigma – si è scoperto che la particella di Dio avrebbe massa pari a 126 gigaelettronvolt (GeV) e che, associata all’omonimo campo, determina la massa di tutte le altre particelle nell’ambito della teoria che unifica elettromagnetismo, forza nucleare debole e forza nucleare forte: il modello standard. Gli scienziati hanno dunque trovato qualcosa che si comporta secondo le previsioni di Peter Higgs. Ma questo è solo il punto di partenza, in quanto gli interrogativi non fanno che moltiplicarsi. 

Il bosone conferma che il Modello Standard è la teoria migliore per spiegare la realtà? Consentirà di compiere qualche progresso in fisica quantistica? Aiuterà a capire perché alcune particelle hanno massa, mentre altre, come la luce, tecnicamente parlando non ne hanno? Che dire, poi, dell’origine dell’Universo?

Supersimmetria. La supersimmetria potrebbe costituire un’alternativa al campo di Higgs per spiegare l’origine della massa. Tuttavia, i risultati dell’LHC hanno confermato le previsioni del Modello Standard, mettendo in scacco le ipotesi alternative. Ne siamo sicuri? È fantascienza la formulazione di una teoria del tutto nuova? O, meglio, una Teoria del Tutto?

La supersimmetria (o SUSY, da SUper SYmmetry) è stata formulata per rendere conto dei fenomeni della fisica delle particelle che rimangono inspiegati nell’ambito del Modello Standard. La peculiarità di questa ipotesi è semplice: a ogni particella bosonica, dotata cioè di spin intero, si associa una particella fermionica (o superpartner) dotata di spin semi-interi (in modo correlativo, ogni fermione ha un superpartner bosonico).

Dobbiamo ammettere che sembra una tesi abbastanza esotica. Perché abbiamo bisogno della supersimmetria? Ecco tre buoni motivi: (i) consente di unificare le tre forze fondamentali della natura, una volta raggiunte le energie più elevate; (ii) prevede l’esistenza di particelle che potrebbero costituire la materia oscura; (iii) permette di risolvere il problema della differenza di intensità tra forza nucleare debole e forza gravitazionale – di 32 ordini di grandezza a favore della forza debole (ciò significa che è 100.000 miliardi di miliardi di miliardi più intensa). Tuttavia, benché il modello standard sia solidamente confermato dagli esperimenti, sul tappeto rimangono ancora molti problemi.

Materia oscura. Ad oggi la natura della materia oscura è ancora, per molti aspetti, un mistero: si tratta di una sostanza invisibile che può essere individuata solo indirettamente, grazie alla forza gravitazionale che essa esercita.

Gli studi sugli ammassi di galassie condotti negli anni trenta da F. Zwicky e S. Smith ne hanno evidenziato per la prima volta l’esistenza. L’esistenza di una materia oscura rappresenta una larga percentuale della massa/energia totale dell’Universo (a seconda delle interpretazioni, questa massa oscilla tra il 72% e il 90% circa). Il bosone di Higgs aiuta in qualche modo a capire meglio la natura della materia oscura?

Un’ipotesi potrebbe essere questa: se il bosone di Higgs è comparso quando l’Universo ha iniziato a raffreddarsi, a processo di inflazione iniziato (immediatamente dopo il Big Bang, circa 14 miliardi di anni fa), si tratterà di ricreare il primo microsecondo di vita dell’Universo. In questo modo si potrebbe forse capire qualcosa in più del mistero della materia che non si vede. Ma ha senso parlare di primo millisecondo di vita? Sappiamo quanto è spinosa la questione del tempo in contesti quantistici.

Aspettando il 2015. Non abbiamo la più pallida idea di come spiegare l’accelerazione dell’espansione cosmica che abbiamo attribuito all’energia oscura, né abbiamo una teoria completa della gravità, che sia coerente con i dettami della fisica quantistica. Tutto ciò ci dice che deve esserci qualcosa oltre il Modello Standard.

Oggi sappiamo che esiste qualcosa che si comporta come bosone di Higgs: che sia davvero la particella di Dio attendiamo che i fisici del CERN ce lo mostrino, registrando tracce di una nuova fisica, del multiverso, del primo istante del Big Bang … andando oltre il Modello Standard.