{"id":10697,"date":"2012-07-09T09:30:35","date_gmt":"2012-07-09T09:30:35","guid":{"rendered":"http:\/\/www.civiltalaica.it\/cms\/?p=10697"},"modified":"2012-07-09T09:31:12","modified_gmt":"2012-07-09T09:31:12","slug":"perche-il-bosone-di-higgs-e-stato-essenziale-per-la-formazione-delluniverso","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.civiltalaica.it\/cms\/perche-il-bosone-di-higgs-e-stato-essenziale-per-la-formazione-delluniverso\/","title":{"rendered":"Perch\u00e9 il Bosone di Higgs \u00e8 stato essenziale per la formazione dell\u2019universo"},"content":{"rendered":"

Il mondo fisico di cui siamo parte \u00e8 costituito da atomi (dimensioni di 10 -8 cm, un cento-milionesimo di cm), a loro volta composti da particelle elementari (elettroni e nucleoni di quark, dimensioni 10 -16 cm) suddivise in 3 grandi famiglie. Oltre alle 12 particelle fondamentali della materia (i Fermioni), esistono particelle che veicolano le 4 forze fondamentali (elettromagnetica, gravitazionale, nucleare forte e debole) dette Bosoni. \"\"<\/a>Tutte queste particelle, ad eccezione di tre bosoni (fotoni, gluoni e gravitoni) possiedono massa, che viene misurata in elettronvolt e suoi multipli.\u00a0 A complicare le cose, esiste, per ogni particelle di materia, una particella di antimateria (antiprotoni, positoni o antielettroni, ecc.) e altre particelle simili, cosiddette virtuali, che appaiono nelle realt\u00e0 fisica solo per istanti, per poi riscomparire. Esse sono per\u00f2 strategiche per farci capire che il nulla non \u00e8 il niente, ovvero che ci\u00f2 che appare vuoto intorno a noi, il cosiddetto vuoto quantistico, \u00e8 pervaso invece di energia, l\u2019energia del vuoto, pronta a generare particelle complementari e di segno opposto, che possono vivere pi\u00f9 o meno a lungo prima di tornare nel vuoto quantistico dopo reciproca annichilazione. La scoperta del vuoto quantistico ci consente di comprendere che il nostro universo di materia-energia (sinonimi, come esprime la ben nota E = mc2) nacque per fluttuazioni dell\u2019energia del vuoto, con comparsa di particelle e antiparticelle ma, a causa di tempi di decadimento differenziato tra materia e antimateria, alla fine permase la materia, a formare le strutture cosmiche che vediamo. Importante passo della fisica dei quanti \u00e8 stata la scoperta che alle particelle sono associati dei campi, generati dalle particelle stesse e con essi interagenti; per es. elettroni che scorrono in un filamento conduttore generano un campo elettromagnetico che\u00a0 attrae altre particella cariche; analogamente, corpi dotati di massa generano un campo gravitazionale (come un peso poggiato su di un telo che viene infossato) il quale attira altre masse, ecc.\u00a0 Il concetto di campo \u00e8 rilevante per intendere il ruolo del bosone di Higgs, la particella che alle origini del cosmo attribu\u00ec massa a tutte le particelle (tranne alcune) proprio perch\u00e9 esse interagirono col Campo di Higgs, generato dal bosone stesso. (Tra l\u2019altro, il fisico scozzese Peter Higgs, convinto agnostico, chiam\u00f2 il bosone \u201cparticella maledetta\u201d poich\u00e9 non si faceva trovare negli esperimenti, e non particella \u2013 Dio o particella di Dio).\u00a0 Per chiarire come l\u2019Higgsone attribu\u00ec massa alle altre particelle si ricorre all\u2019immagine di un campo innevato di fresco (il campo di Higgs ) sul quale passano diverse persone: un rapido sciatore lascia un leggero solco, un uomo con una racchetta ai piedi lascia una impronta maggiore, mentre uno con pesanti scarponi sprofonda fino al ginocchio, e cos\u00ec via.<\/p>\n

Ecco, a seconda del tipo di interazione col campo, le particelle hanno assunto una propria massa agli inizi del cosmo. Veniamo adesso all\u2019origine dell\u2019universo. Negli anni venti del XX secolo, l\u2019astronomo Edwin Hubble scoperse che dovunque puntasse il telescopio, egli riscontrava un allontanamento delle galassie tra loro, come succede a puntini disegnati su di un palloncino che poi viene gonfiato. Questa espansione dell\u2019universo non accenna a fermarsi, anzi si \u00e8 visto che ha addirittura accelerato a partire da oltre cinque miliardi di anni fa. Ebbene, se si potesse riavvolgere l\u2019ipotetico filmato della storia del cosmo, si vedrebbe l\u2019universo rimpicciolire fino a convergere tutto in un punto, una regione di spazio puntiforme, che avrebbe densit\u00e0 di materia-energia, temperatura e qualsiasi altro parametro fisico tendenti a valori infiniti: \u00e8 la cosiddetta Singolarit\u00e0, non descrivibile dalle leggi della fisica che valgono usualmente. In questa maniera nacque la teoria del Big Bang (grande scoppio) ovvero la nascita dell\u2019universo, circa 13,76 miliardi di anni fa, a partire da una esplosione che coinvolse la singolarit\u00e0 originaria, portando alla formazione dello spazio-tempo, di particelle, di atomi e poi di stelle, pianeti, ecc.<\/p>\n

La teoria del Big Bang \u00e8 parte del Modello Cosmologico Standard, che si crede oramai accettato da tutti, ma non \u00e8 cos\u00ec. In primo luogo, numerosi fisici detestano il valore infinito (i matematici invece lo adorano) perch\u00e9 \u00e8 contraddetto da molte esperienze (P. Dirac scoperse l\u2019antimateria proprio eliminando l\u2019infinito dai suoi calcoli) e poi molti respingono l\u2019idea di Singolarit\u00e0 (tutto l\u2019universo in un puntolino?) e quella di esplosione iniziale, che comunque non fu tanto grande (Big), dato che l\u2019universo nato dal presunto B.B. aveva le dimensioni di circa 10 -33 cm (33 zeri prima del numero ). Si tenga presente che la pi\u00f9 piccola dimensione di spazio concepibile in fisica \u00e8 la lunghezza di Planck, appunto 10-33 cm.\u00a0 Comunque, la teoria del B.B. lasciava in sospeso una miriade di domande, tra le quali: perch\u00e9 l\u2019universo \u00e8 cos\u00ec omogeneo di fondo (isotropismo) ma contiene qua e l\u00e0 irregolarit\u00e0 di radiazione (anisotripismi) e grumi di galassie ammassate, tanto da ricordare una schiuma con grandi bolle di vuoto? Perch\u00e9 le galassie e le loro strutture sono cos\u00ec poco variate? Perch\u00e9 lo spazio-tempo cosmico appare cos\u00ec piano e liscio? Perch\u00e9 dal B.B. sono nati proprio quark, leptoni e le altre particelle che ormai conosciamo, e non altre? Perch\u00e9 non riusciamo a vedere oltre una certa distanza, detta Orizzonte di Hubble, e che cosa c\u2019\u00e8 dietro?<\/p>\n

Dobbiamo al genio di Alain Guth, di Andrej Linde e alcuni altri cosmologi la soluzione di tanti enigmi sollevati dalla teoria del B.B.\u00a0 Essi hanno infatti elaborato la Teoria dell\u2019Inflazione dello spazio-tempo cosmico, integrata subito nel Modello Standard. Secondo l\u2019Inflazione, l\u2019universo appena nato, con le dimensioni di Planck, and\u00f2 incontro a una rapidissima espansione, detta appunto fase di inflazione, la quale moltiplic\u00f2 le dimensioni del cosmo di ben 10 50 volte (1 seguito da 50 zeri!) in una frazione di miliardesimi di miliardesimi di secondo (10 -35 sec.) portandolo alle dimensioni equivalenti a quelle di una galassia. L\u2019universo fu cos\u00ec stirato e lisciato in un lampo e i suoi confini allontani tra loro in modo tale che neanche la luce (la cui velocit\u00e0 \u00e8 assai pi\u00f9 piccola di quella della fase inflattiva) pot\u00e9 pi\u00f9 far comunicare i suoi estremi (non fu violata la Relativit\u00e0 Speciale di Einstein, perch\u00e9 qui fu lo spazio stesso a dilatarsi pi\u00f9 veloce della luce, non un corpo a viaggiare nello spazio). Nella fase inflattiva, le minime variazioni di densit\u00e0 della materia-energia originaria, dovute alle normali fluttuazioni quantistiche (tutti i campi quantizzati fluttuano, con altalenanti valori di energia, come le onde) vennero amplificate, a generare cos\u00ec i semi delle future galassie. In questa maniera si spiega l\u2019isotropia di fondo dell\u2019universo e insieme le sue disomogeneit\u00e0 strutturali, incluse le grandi bolle di vuoto che arrivano anche a centinaia di milioni di anni luce di diametro.\u00a0 Tutto a posto, allora? Neanche per sogno.\u00a0 Infatti, la teoria della Inflazione si sta rivelando reticente a farsi inquadrare nel tradizionale Modello Cosmologico Standard, non accettando di essere secondaria al B.B. e proprio il campo di Higgs l\u2019aiuta nel pretendere il ruolo di protagonista principale nella origine del cosmo. Vediamo come.<\/p>\n

Abbiamo visto come il campo di Higgs, un campo quantizzato, generato dal bosone omonimo, ci circondi alla stessa tregua di altri campi (le particelle di materia-energia generano un proprio campo, espresso dalla propria funzione d\u2019onda o di probabilit\u00e0); ebbene, il campo di Higgs attuale \u00e8 il residuo del campo di Higgs che agli inizi dell\u2019universo attribu\u00ec le masse alle particelle, e che viene detto Inflatone. Senza Inflatone non ci sarebbero state particelle dotate di massa, cos\u00ec come senza fotoni non ci sarebbe stata luce. E infatti nell\u2019universo appena nato non c\u2019erano particelle perch\u00e9 non c\u2019era l\u2019Inflatone. Ma dopo soli 10-11 secondo (un cento-milionesimo di secondo) di vita, alla temperatura di 10 15 gradi (un milione di miliardi di gradi) l\u2019Inflatone condens\u00f2, pervadendo il piccolissimo universo (intanto \u201cdilatatosi\u201d da 10 -33 a 10 -26 cm) e spingendolo a una fulminea espansione, appunto di 10 50 volte. L\u2019espansione non dipese da una forza propulsiva positiva, una pressione che spinge, ma da una attrazione gravitazionale negativa, ossia una gravit\u00e0 repulsiva: soltanto cos\u00ec si spiega la geometria piana e liscia della trama spazio-temporale del cosmo (e anche la sua bassa entropia iniziale, in accordo col secondo principio della termodinamica). Ad ogni buon conto, l\u2019espansione cosmica cess\u00f2 quando la fluttuazione del campo di Higgs-Inflatone si assest\u00f2 ai livelli minimi di energia, dato che la gran parte di essa si era convertita nella massa delle particelle, conversione via via pi\u00f9 rapida col raffreddarsi dell\u2019universo in espansione.\u00a0 Proviamo a riepilogare. Un cosmo che pi\u00f9 piccolo non si pu\u00f2 (dimensione di Planck), si \u201cdilata\u201d da 10-33 a 10-26 cm (e questo sarebbe stato il Big Bang!), permettendo alla temperatura di \u201cscendere\u201d a 10 15 gradi e quindi al campo di Higgs o Inflatone di prendere consistenza. L\u2019Inflatone scaten\u00f2 subito la fase inflattiva di espansione cosmica, portando in un battibaleno\u00a0 l\u2019universo da 10-26 a 1024 cm\u00a0 (ovvero 10 19 km). Da li in poi, l\u2019universo non ha pi\u00f9 smesso di espandersi, seppur enormemente pi\u00f9 lentamente, e continuer\u00e0 a farlo ancora a lungo, per molti miliardi di anni ancora, finch\u00e9 la energia espansiva (chiamata energia oscura) si esaurir\u00e0. La fine della fase inflattiva coincise con la materializzazione delle particelle elementari , e appena pi\u00f9 tardi dei nuclei di idrogeno e elio e.. della materia oscura, qualsiasi cosa essa sia (particelle Wimp o altro).<\/p>\n

Il lettore attento avr\u00e0, a questo punto, compreso che l\u2019universo pre-inflattivo era pervaso di energia del vuoto, ovvero il vuoto quantistico con una energia immane che condens\u00f2 nell\u2019Inflatone, un campo capace di generare massa e di causare espansione dello spazio-tempo. Dunque il vero Big Bang \u00e8 stata l\u2019inflazione, che non fu certo esplosione ma espansione, seppur rapidissima e colossale (in ci\u00f2 fu Big).\u00a0 A questo punto possiamo domandarci: con la teoria dell\u2019Inflazione pu\u00f2 la cosmologia dirsi completata? No. Non solo perch\u00e9 esistono varianti della teoria inflazionaria e perfino suoi oppositori (che dovrebbero per\u00f2 spiegare parecchie cosucce) ma soprattutto perch\u00e9 non sappiamo che cosa fosse e da dove sia venuto l\u2019 universo piccolino piccolino pre-inflattivo (siccome l\u2019universo primordiale, di 10-35 cm, ovvero la dimensione di Planck, era tale al tempo 10-43 secondi, ovvero il tempo di Planck, la pi\u00f9 piccola unit\u00e0 di tempo concepibile, non \u00e8 detto che prima e altrove ci sia stato necessariamente qualcosa, cio\u00e8 che l\u2019universo pre-inflattivo derivi da qualcosa di precedente; oltretutto, per il principio di indeterminazione di Heisenberg, scendere ancor pi\u00f9 nelle dimensioni spazio-temporali comporta, per noi come per qualsiasi altra \u201c\u201dintelligenza superiore\u201d, l\u2019impossibilit\u00e0 di definire con ragionevolezza e precisione altri parametri fisici come temperature, pressioni, ecc.). Per alcuni cosmologi, se il campo di Higgs originario condens\u00f2 in un punto dell\u2019universo primordiale, potrebbe aver ripetuto all\u2019infinito la faccenda, dando luogo a innumerevoli inflazioni e altrettanti universi materiali. Entriamo per\u00f2 qui nella speculazione teorica pi\u00f9 azzardata, seppure non inverosimile. Dunque, esiste un solo universo o infiniti universi? L\u2019origine fu da un universo-madre o da un universo ciclico? Una provenienza da una realt\u00e0 spazio-temporale precedente o una nascita autonoma? Le questioni irrisolte sono ancora tantissime, tuttavia, adesso che abbiamo avuto la pressoch\u00e9 totale certezza dell\u2019esistenza del bosone di Higgs, abbiamo almeno idea di come sia originato il nostro universo, in pieno accordo con il Modello Standard delle particelle e la meccanica quantistica, e la faccenda non \u00e8 di poco conto. Io per il momento mi accontento, e voi?<\/p>\n

Maurizio Magnani<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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