Bosone di Higgs

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Presentation

Bosone di higgs

dalla teoria di P. Higgs alla verifica sperimentale di Fabiola Giannotti

Origine

Negli anni '60, il Modello Standard della fisica delle particelle era in via di sviluppo. Tuttavia, una delle domande aperte riguardava come le particelle acquisissero massa senza violare la simmetria delle interazioni fondamentali.Peter Higgs, insieme a François Englert e Robert Brout, pubblicò articoli indipendenti che proponevano l'esistenza di un nuovo campo scalare pervasivo. Questo campo, quando presente in tutto lo spazio, avrebbe rotto spontaneamente la simmetria elettrodebole, permettendo alle particelle di acquisire massa.

cos' è un bosone

Il Modello Standard della fisica delle particelle è il nome che diamo alla teoria attualmente più robusta e confermata dagli esperimenti riguardo la descrizione delle tre interazioni fondamentali della fisica (elettromagnetica, nucleare forte, nucleare debole) e la classificazione dei componenti fondamentali dell’Universo. Resta esclusa la forza di gravità: mettere insieme il Modello Standard con la Relatività Generale è probabilmente la più grande sfida aperta nella fisica contemporanea.

Cos'è un bosone?

Nel Modello Standard, un bosone è un tipo di particella subatomica dotata di alcune caratteristiche specifiche. I tipi più semplici di bosoni sono quelli che funzionano da mediatori, ossia da intermediari nelle interazioni che abbiamo visto: i fotoni ad esempio sono i bosoni mediatori dell’interazione elettromagnetica, i gluoni quelli dell’interazione nucleare forte, eccetera. Se volessimo essere divertenti, potremmo dire che i bosoni sono le “particelle della forza” (ma mettete via le vostre spade laser e nessuno si farà male).Queste particelle mediatrici sono in generale bosoni vettori, ossia possiamo pensarle come particelle che vengono scambiate per realizzare gli effetti delle interazioni fondamentali. Il bosone di Higgs invece è un bosone scalare: questo significa che non viene scambiato tra altre particelle, ma realizza i suoi effetti semplicemente con la sua presenza.

I bosoni sono particelle caratterizzate da spin intero o nullo – a differenza ad esempio degli elettroni che hanno spin pari a un mezzo. Ma esattamente, cos'è questo "spin"? Si tratta di una grandezza associata alle particelle che ne definisce una proprietà particolare, chiamata momento angolare intrinseco. Questo parametro è di difficile rappresentazione a scala microscopica, ma possiamo paragonarlo alla rotazione di un oggetto attorno al proprio asse, come una trottola. In generale, una particella può avere spin intero (1,2…) o semintero (multipli di 1/2). Quelle con spin semintero, invece, si chiamano fermioni, in onore di E. Fermi. Ma che cosa significa realmente avere spin intero o semintero?Avere uno spin intero, come nel caso dei bosoni, significa che queste particelle si possono trovare nello stesso stato quantico simultaneamente, a differenza dei fermioni che devono invece occupare stati quantici differenti. Come è ben noto, infatti, gli elettroni (che sono dei fermioni) si muovono in determinati orbitali attorno al nucleo e possono avere soltanto un certo valore di spin, opposto a quello del proprio compagno di orbitale.

Cos'è un bosone?

particella di dio

Semplificando enormemente, Higgs ha ipotizzato che lo spazio, anche quello vuoto, fosse permeato da un campo scalare con energia non nulla, che potesse quindi essere immaginato come una “zuppa di bosoni”. All’interno di questa zuppa, le particelle interagivano con questi bosoni: alcune di queste subivano intensamente gli effetti della zuppa; altre invece li subivano poco. Gli effetti di questo “meccanismo di Higgs” davano origine a ciò che noi chiamiamo massa: le particelle che interagivano fortemente con i bosoni di Higgs erano quelle che noi consideriamo dotate di una massa significativa; quelle che invece interagivano debolmente (o per nulla) erano quelle che noi consideriamo dotate di una massa piccola (o nulla).

La particella di Dio: Se l'Universo è la risposta, qual è la domanda?

È il titolo del libro di divulgazione fisica teorica da cui prende il nome "la particella di Dio".L’appellativo iniziale era Particella maledetta, ossia Goddamn Particle per via delle difficoltà di individuazione. Ma il soprannome venne censurato dall’editore e fu sostituito con uno più aulico. Da quel momento "Particella di Dio" è entrato nel linguaggio comune per riferirsi a Bosone di Higgs.

Meccanismo di higgs

Secondo il meccanismo di Higgs, il campo di Higgs è un campo scalare che riempie tutto lo spazio. Le particelle elementari interagiscono con questo campo, e la forza di questa interazione determina la massa della particella.La quantizzazione di questo campo dà origine al bosone di Higgs, una particella scalare. La sua scoperta sarebbe una prova diretta dell'esistenza del campo di Higgs.Uno tra i bosoni più famosi è il bosone di Higgs, particella che dà la massa alle altre particelle. Fu teorizzato da P. Higgs and F. Englert nel 1964 e misurato per la prima volta nel 20112 al CERN di Ginevra. Viene rappresentato spesso dal simbolo H0, ha spin nullo, carica nulla e massa pari a 125.35 GeV/c2.

timeline

Great timeline, step by step

Premio Nobel

2013

Costruzione del Large Hadron Collider (LHC)

1990-2012

Sviluppo del Modello Standard

1970-80

Teorizzazione Bosone di Higgs

1969

'«Il bosone di Higgs è una particella molto speciale che non appartiene alle due classi in cui si suddividono le altre particelle: quelle di materia, [...] che sono i costituenti fondamentali dell'atomo, e quelle di interazione, che trasmettono l'Interazione elettromagnetica, quella debole e quella forte. Il bosone di Higgs è diverso perché ha il compito di dare massa a tutte le altre particelle e, se così non fosse, il nostro universo non esisterebbe e ovviamente non esisteremmo neppure noi»

sono le parole di Fabiola Giannotti, importantissima fisica italiana che ha svolto un ruolo cruciale nella scoperta del bosone di Higgs

Fabiola Giannotti

Fabiola Gianotti ha iniziato la sua carriera al CERN negli anni '90, partecipando a vari esperimenti di fisica delle particelle.Nel 2009 è stata nominata portavoce e coordinatrice del progetto ATLAS, uno dei principali esperimenti al Large Hadron Collider (LHC).Come coordinatrice di ATLAS, Gianotti ha guidato il team di scienziati che ha contribuito in modo significativo alla scoperta del bosone di Higgs.Il 4 luglio 2012, Fabiola Gianotti ha presentato i risultati preliminari che indicavano la scoperta di una nuova particella con caratteristiche compatibili con il bosone di Higgs. Questo evento ha segnato una tappa storica nella fisica delle particelle.. Nel 2016, Fabiola Gianotti è diventata la prima donna a essere nominata Direttrice Generale del CERN, ruolo che ricopre tuttora. Sotto la sua guida, il CERN ha continuato a essere un punto di riferimento mondiale nella ricerca di fisica delle alte energie.

Teorizzazione Bosone di Higgs

Peter Higgs, insieme ad altri fisici come Robert Brout, François Englert, Gerald Guralnik, Carl Hagen e Tom Kibble, propose indipendentemente l'esistenza di un campo (ora noto come campo di Higgs) che permea tutto lo spazio e che spiega perché alcune particelle fondamentali hanno massa. La particella associata a questo campo è il bosone di Higgs.

Il bosone di Higgs è stato integrato nel Modello Standard della fisica delle particelle, che descrive le interazioni fondamentali tra le particelle subatomiche.

Sviluppo nel modello standard

costruzione LHC

Il CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) iniziò la costruzione del LHC, un acceleratore di particelle progettato per raggiungere energie sufficientemente alte da poter creare il bosone di Higgs e altre particelle previste dal Modello Standard.Il 4 luglio 2012, i fisici del CERN annunciarono la scoperta di una nuova particella con caratteristiche compatibili con quelle previste per il bosone di Higgs. Gli esperimenti ATLAS e CMS dell'LHC avevano accumulato prove sufficienti per confermare l'esistenza del bosone di Higgs con una massa di circa 125 GeV/c².