Fisica delle particelle

Dieci anni fa la scoperta del bosone di Higgs. Gianotti: "Una pietra miliare monumentale"

La scoperta valse il Nobel per la Fisica ai teorici Peter Higgs, François Englert e Robert Brout che nel 1964 ne avevano previsto l'esistenza

Dieci anni fa la scoperta del bosone di Higgs. Gianotti: "Una pietra miliare monumentale"
Cern
Evento di collisione nell'illustrazione del Cern

Era il 4 luglio 2012 quando le collaborazioni internazionali degli esperimenti Atlas e Cms all'acceleratore Large Hadron Collider del Cern (Lhc) annunciavano in diretta mondiale la scoperta di una nuova particella, con caratteristiche coerenti a quelle del bosone di Higgs previsto dalla teoria del Modello Standard della fisica delle particelle. 

Una scoperta che ha scritto un nuovo capitolo dei libri di fisica e della storia della scienza, e che l'anno successivo è valsa il Premio Nobel per la Fisica ai teorici Peter Higgs e François Englert che, insieme al compianto Robert Brout, ne avevano previsto l'esistenza nel 1964. Da allora i progressi compiuti per determinarne le proprietà, "hanno permesso ai fisici di fare enormi passi avanti nella nostra comprensione dell'universo" come sottolinea il Cern.

"La scoperta del bosone di Higgs è stata una pietra miliare monumentale nella fisica delle particelle" afferma Fabiola Gianotti, Direttore Generale del Cern e capo progetto ("portavoce") dell'esperimento Atlas al momento della scoperta. La scoperta, evidenzia Gianotti, "ha segnato sia la fine di un viaggio decennale di esplorazione che l'inizio di una nuova era di studi su questa particella molto speciale". 

"Ricordo con emozione il giorno dell'annuncio, un giorno di immensa gioia per la comunità mondiale della fisica delle particelle e per tutte le persone che hanno lavorato instancabilmente per decenni per rendere possibile questa scoperta" aggiunge ancora la scienziata italiana.

Atlas e Cms - spiega il Cern in un post che celebra la ricorrenza - hanno indagato in dettaglio se le proprietà della particella che avevano scoperto corrispondessero effettivamente a quelle previste dal Modello Standard per il bosone di Higgs. Utilizzando i dati delle collisioni tra protoni nell'acceleratore Lhc, hanno studiato il decadimento della nuova particella in due fotoni, dimostrando che, al contrario di tutte le particelle elementari note, essa non ha momento angolare intrinseco o spin quantistico, esattamente come il bosone di Higgs previsto dal Modello Standard. Studiando i bosoni di Higgs e i decadimenti in coppie di bosoni W o Z, Atlas e Cms hanno confermato che questi ottengono la loro massa attraverso l'interazione con il campo di Higgs, come previsto dal Modello Standard.

Gli esperimenti hanno anche dimostrato che il quark top, il quark bottom e il leptone tau - che sono i fermioni più pesanti - ottengono la loro massa dalle loro interazioni con il campo di Higgs, sempre come previsto dal Modello Standard. Queste osservazioni hanno confermato l'esistenza di una forza, chiamata interazione di Yukawa, che fa parte del Modello Standard ma è diversa da tutte le altre forze della teoria: è mediata dal bosone di Higgs e la sua forza non è quantizzata. Atlas e Cms sono riusciti a misurare con grande accuratezza la massa del bosone di Higgs -  pari a 125 miliardi di elettronvolt (GeV) - che è una costante fondamentale della natura il cui valore non è previsto dal Modello Standard e che, insieme alla massa della particella elementare più pesante conosciuta, il quark top, e ad altri parametri, può determinare la stabilità del vuoto dell'universo. 

Tutti i risultati ottenuti finora sono coerenti con il Modello Standard, ma c'è ancora molto spazio per nuovi fenomeni al di là di quanto previsto da questa teoria e il bosone di Higgs stesso potrebbe dare indicazione di nuovi fenomeni: Atlas e Cms stanno eseguendo molte ricerche per sondare tutte le possibili forme di processi non previsti che potrebbero coinvolgere il bosone di Higgs e il loro lavoro proseguirà durante il Run3 di LHC che inizierà domani con le prime collisioni ad alta energia.