domenica 8 luglio 2012

N. Stella Sul Bosone Di Higgs: "Notevoli Implicazioni Tecnologiche"





Mercoledì 4 Luglio 2012, un team di fisici presso il CERN di Ginevra, ha annunciato in una storica conferenza ripresa in mondovisione, la scoperta forse più sensazionale della fisica mai fatta dall'umanità, cioè, l'esistenza sperimentale del cosiddetto "bosone di Higgs".

Il bosone di Higgs, già soprannominato da tempo "la particella di Dio", è un bosone massivo e scalare previsto dal Modello standard.
Fu teorizzato già nel 1964, come elemento mancante per giocare un ruolo fondamentale in campo subatomico, ovvero portatore di forza del campo di Higgs, che secondo la teoria dovrebbe permeare l'Universo e mediante rottura spontanea di simmetria dei campi elettrodebole e fermionico, conferirebbe la massa alle particelle.

La sua esistenza era necessaria per dare assoluta certezza allo stesso Modello Standard. ed è anche per questo motivo che scoprirne l'esistenza era una priorità fondamentale per i fisici teorici e per i ricercatori di tutto il mondo.

Risulta opportuno fare una distinzione fra meccanismo di Higgs e bosone di Higgs. Introdotti nel 1964, il meccanismo di Higgs fu teorizzato dal fisico britannico Peter Higgs, insieme a François Englert e Robert Brout (lavorando su un'idea di Philip Anderson), e indipendentemente da G. S. Guralnik, C. R. Hagen e T. W. B. Kibble.

Ma solo Higgs citava esplicitamente, in una nota finale, la possibile esistenza di un nuovo bosone. Egli aggiunse tale nota dopo che una prima stesura era stata rifiutata dalla rivista Physics Letters prima di reinviare il lavoro a Physical Review Letters.

Il bosone e il meccanismo di Higgs sono stati successivamente incorporati nel Modello standard, in una descrizione della forza debole come teoria di gauge, indipendentemente da Steven Weinberg e Abdus Salam nel 1967.

Il bosone di Higgs è dotato di massa propria, il cui valore non è previsto dal Modello standard. Misure indirette dalle determinazioni dei parametri elettrodeboli danno indicazioni che i valori più probabili siano comunque relativamente bassi, in un intervallo accessibile al Large Hadron Collider presso il CERN.

Molti modelli supersimmetrici predicono inoltre che il valore più basso possibile della massa del bosone di Higgs sia intorno a 120 GeV o meno, mentre la teoria dà un limite massimo di circa 200 GeV (≈3,5 · 10-25 kg).

Il 13 dicembre 2011, in un seminario presso il Cern, era stata illustrata una serie di dati degli esperimenti ATLAS e CMS, coordinati dai fisici italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, che individuavano il bosone di Higgs in un intervallo di energia fra i 124 e 126 GeV con una probabilità prossima al 99%.
Benché tale valore fosse sicuramente notevole, la comunità scientifica richiede che sia raggiunto un livello di confidenza, ossia una possibilità di errore dovuto al caso (nella fattispecie a fluttuazioni quantistiche), non superiore a 6 parti su 10 milioni, corrispondente a una probabilità del 99,99994% (5 deviazioni standard), prima di poter annunciare ufficialmente una scoperta.

Il 5 aprile 2012 nell'anello che corre con i suoi 27 km sotto la frontiera tra Svizzera e Francia, è stata raggiunta l'energia massima mai toccata di 8 000 miliardi di elettronvolt (8 TeV).

Gli ulteriori dati acquisiti hanno permesso, il 4 luglio 2012, l'annuncio da parte del CERN della scoperta di una particella compatibile con il bosone di Higgs, la cui massa risulta intorno ai 126 GeV per l'esperimento ATLAS e ai 125,3 GeV per l'esperimento CMS. L'accuratezza delle misure ha raggiunto la precisione richiesta di 5 sigma (5 deviazioni standard), ovvero una probabilità del 99,9996%.

Una migliore definizione delle caratteristiche della particella rilevata sarà disponibile entro la fine del 2012.

Da questo monento in avanti, siamo di fatto entrati in una nuova era della fisica e con essa dell'umanità.

Molti fisici teorici adesso si aspettano che la fisica vada oltre il Modello standard alla scala del TeV, a causa di alcune proprietà insoddisfacenti del modello stesso. In particolare i ricercatori (tra cui molti italiani, secondi finanziatori e seconda comunità scientifica del Cern) sperano di verificare l’esistenza delle particelle più sfuggenti della materia e comprendere la natura della materia e dell’energia "oscure", che costituiscono rispettivamente il 23% e il 72% dell’Universo (l'energia e la materia visibili ne costituiscono solo il 5%).

Oltre ai fisici di tutto il mondo, molti semplici appassionati e curiosi, sorpresi e meravigliati dalla scoperta, si chiedono adesso, cosa cambierà nel prossimo futuro.
Si parla già di rivoluzioni in campo teorico per comprendere l'origine dell'Universo e delle energie/masse oscure che sfuggono alle osservazioni.
Si parla di future applicazioni della nuova fisica alla tecnologia, dall'avionica aerea e aerospaziale fino ai viaggi superluminari.

Per queste e altre domande abbiamo deciso di intervistare il fisico teorico Nicola Stella (http://www.nicolastella.it), che ci illustrerà, da fisico e da fiero visionario di questa nuova era che si apre, i possibili campi di ricerca che implicherà la conoscenza del Bosone di Higgs.

Dot. Stella, sappiamo benissimo che questa è per voi fisici teorici e sperimentali solo la conferma di un "qualcosa" che già, non solo si ipotizzava, ma che era già evidente negli ultimi anni come "ombra" nei dati sperimentali. Adesso che finalmente è stato raggiunto il famoso livello di 5 sigma (5 deviazioni standard), ovvero una probabilità del 99,9996%, cosa cambia realmente per il modo di intendere la fisica teorica?
Ritengo che tale conferma possa consolidarea livelli maggiori quelle teorie che si poggiano sul modello standard con particolare riferimento ai processi interessati dal meccanismo di Higgs, in particolar modo alle teorie cosmologiche.
Più che modo di intendere la fisica teorica penso che questa scoperta dia tutti gli elementi necessari e le certezze per poter scegliere una linea da seguire per i futuri sviluppi della fisica teorica. In molti potranno dire "ok siamo sulla strada giusta, continuiamo lungo essa".
Al contrario molte dottrine che confutano la bontà del meccanismo di Higgs troveranno altre falle nella teoria stessa, com'è normale che sia. Lo stesso accade ancora oggi per la Teoria della Relatività, in un processo che continua da decenni.


Il Bosone di Higgs sarebbe pertanto la massa stessa dell'atomo, ci spieghi meglio concetto...
In realtà il meccanismo di Higgs, da cui emerge il bosone omonimo, opera a scale subatomiche nei processi di interazione elettrodebole, ossia quei processi interessati da decadimento.
E' pertanto più appropriato parlare di conferimento di massa ai costituenti di un atomo in fase di processi di decadimento.
Nel dettaglio, tale meccanismo, come già detto, interviene nei processi di interazione debole ai quali sono interessate le particelle soggette a decadimento. In tali processi intervengono i cosiddetti "portatori" di campo: nel caso di interazione elettromagnetica i portatori sono i fotoni mentre nel caso di interazione elettrodebole sono i Bosoni vettori W e Z. In tali processi vengono "rotte" simmetrie locali che, con meccanismi di ripristino delle stesse, per via del noto teorema di Goldstone (http://it.wikipedia.org/wiki/Bosone_di_Goldstone), portano alla luce nuove particelle, i Bosoni di Goldstone. Nel caso specifico delle interazioni deboli si tratta dei bosoni W, Z più il Bosone H di Higgs, portatore di massa. Esso opera anche nei processi di interazioni unificate come quella elettrodebole, ma anche in quelli che unificano le interazioni debole-forte-elettromagnetica (ad es. meccanismo di Yukawa per la massa dei fermioni, particelle a spin non intero composte da quark, questi ultimi soggetti a interazioni forti).


Con queste nuove conoscenze, cambia pertanto anche la visione dell'Universo. Avrà tale scoperta implicazioni teoriche per la conoscenza della "materia oscura" e dell"energia oscura", che costituirebbero assieme circa il 95% della massa dello stesso Universo?
Molto probabilmente l'affermazione del meccanismo di Higgs aprirà nuovi scenari sulle teorie cosmologiche, partendo per l'appunto dalla certezza del meccanismo di Higgs (certezza a livello 5 sigma); in particolar modo dando più accreditamento alla teoria delle stringe.
Per meglio spegare l'importanza di ciò è opportuno fare una premessa, ossia sull'esistenza di campi detti tachionici (http://it.wikipedia.org/wiki/Tachione), campi scalari dotati di massa immaginaria (che elevata al quadrato diventa massa negativa).
Sotto determinate condizioni spazio-temporali tali campi subiscono un processo detto di condensazione tachionica che portano i campi tachionici a diventare campi di Higgs (bosoni di Higgs per l'appunto).

Tuttavia ritengo che i problemi legati alle teorie cosmologiche siano legati a concetti la cui dimostrazione è strettamente connessa ai limiti tecnologici.
La nuova sfida non è tanto "dimostrare" ma raggiungere energie sempre più alte. In questo modo l'occhio scientifico potrà vedere i primi istanti dell'Universo.


Gli stessi scienziati del CERN hanno dichiarato che si entra in una nuova era, di grandi implicazioni tecnologiche. Ma prima di vedere quali, è opportuno farle una domanda che molti si chiedono: sarà in un futuro possibile interagire con queste particelle per modificare la massa di un elemento lasciando invariate le sue proprietà?

Non sono in grado di dare una risposta a tale domanda, ma di certo in un lontano futuro sarà possibile utilizzare processi di interazione che, utilizzando in modo indiretto il meccanismo di Higgs, potrebbero creare prodotti di decadimento studiati ad hoc. Ma si tratta comunque di processi che contemplano energie elevatissime, raggiungibili al momento con acceleratori di particelle come LHC.

Non credo si possa ad oggi utilizzare un acceleratore per tali scopi. Tuttavia le implicazioni tecnologiche saranno di certo notevoli e da subito. Il raggiungimento di energie elevate in LHC ha presupposto lo sviluppo di tecnologie avanzate riutilizzabili e sfruttabili. Penso immediatamente ai materiali semiconduttori innovativi: tutto il nostro quotidiano non può prescindere da tecnologie accessibili composte daquesto tipo di materiali.

Come intendono a suo avviso sfruttare questa scoperta, i teorici, per i viaggi "superluminari"?
Non credo sia possibile sfruttare questa ed altre scoperte per viaggi superluminari e/o temporali. La mia (e non solo mia) visione convinta su ciò, si basa su presupposti teorici e pratici che ne dimostrerebbero l'impossibilità. Magari ne parleremo volentieri in un'altra intervista.

Quali potrebbero essere a suo avviso le implicazioni per l'aeronautica spaziale e altre discipline come ad esempio la medicina?
E' tutto legato alle tecnologie utilizzate per l'implementazione degli strumenti per attuare la ricerca del bosone. Tuttavia i campi che hai elencato sfruttano prodotti di decadimento: basti pensare ai combustibili impiegati nel campo dell'avionica.

Come ben saprà, nel 1999, ho avuto la fortuna di assistere a qualcosa di unico, un disco volante che gli ufologi chiamano UFO, a pochissimi metri di distanza. Milioni di persone dicono di vedere spesso oggetti simili. Tuttavia ricordo benissimo che dopo qualche istante di sospensione nel vuoto, schizzó via, scomparendo. Fermo restando che si potesse trattare di un prototipo sperimentale e non di alieni, l'esistenza di un oggetto del genere implicherebbe che tali conoscenze siano ben note da tempo. E' plausibile che qualche gruppo di ricerca abbia già conseguito queste tecnologie, manipolando la massa e e le stia tenendo nascoste? In confidenza, se non lo ritenesse ipotizzabile, cosa potrei aver visto, o meglio cosa potremmo aver visto non essedo da solo?
La mia idea è che si trattasse di tecnologie sperimentali non conosciute in campo civile.
Credo in altre vite extraterrestri per il fatto che esiste una probabilità non nulla che in altre parti dell'universo ci siano le condizioni per dar luogo a nuove forme di vita, magari sviluppatesi in tempi più remoti rispetto a quanto avvenuto per la terra e quindi più evolute. Ma non ci sono le condizioni per credere che questi oggetti non identificati che a volte appaiono nel nostro campo visivo siano extraterrestri.


Dott. Stella, cosa cambia adesso, dopo la scoperta del Bosone Di Higgs, nella sua personale visione della Fisica e dell'Universo?
Ho sempre creduto nell'esistenza del Bosone di Higgs e a parte ciò, penso in generale che la scoperta sperimentale o teorica di una nuova particella porterà alla conoscenza di nuove particelle sconosciute e di nuove problematiche nelle teorie, in un meccanismo di moto perpetuo della conoscenza. E' emblematica una frase del logico matematico B. Russell "La ricerca della perfezione genera incertezza".

Questa è la mia personale ed immutabile visione della fisica e della scienza in generale, ed è sempre dimostrata.


E con queste emblematiche parole del fisico Stella. chiudiamo l'intervista sperando di aver scritto per tutti voi un altro grande contributo scientifico laddové altri blog o siti non osano!

A cura Di Arthur McPaul

Contacts:

Dott. Nicola Stella
Tel.: +39 3391386519
Skype: charm_79
Web Site:
http://www.nicolastella.it
info@nicolastella.it
nicolastella1@gmail.com



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