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02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO La particella di higgs L’attuale Modello Standard della fisica delle particelle descrive quasi tutti i fenomeni alle alte energie osservati con gli acceleratori di particelle esistenti. La precisione delle sue predizioni è notevole, ma funziona solo basandosi su un’ipotesi non verificata: il meccanismo di Higgs. La particella di Higgs è l’unica particella del Modello Standard non ancora osservata. Nel Modello Standard gioca un ruolo determinante nella spiegazione dell’origine delle masse delle particelle elementari. Come un fluido quantistico invisibile, il campo di Higgs riempie il vuoto dello spazio, rallentando il moto delle particelle e dando massa alla materia. Quando questo fluido quantistico è disturbato ad energie sufficientemente elevate, ci aspettiamo che rilasci particelle di Higgs osservabili, distaccandole una ad una. Le misure di precisione effettuate sulle proprietà delle particelle elementari osservate ci consentono di stimare l’energia alla quale apparirà la particella di Higgs. Questa energia è al limite di quanto disponibile negli acceleratori di particelle in funzione, ma è ampiamente alla portata dell’LHC e dell’ILC. Nell’ILC particelle di Higgs verranno create direttamente nelle collisioni elettrone-positrone e quindi saremo in grado di misurare con grande precisione le loro proprietà: la massa, il momento angolare intrinseco denominato ‘spin’ e la forza delle loro interazioni con le altre particelle elementari. Le proprietà della particella di Higgs saranno quelle predette dal Modello Standard? Oppure suggeriranno una particella supersimmetrica di Higgs più esotica? O la natura sarà ancora più complicata? L’ILC ci consentirà di scoprirlo.
Credito: Jean-Francois Colonna rivelando i risultati finali: extra dimensioni? Nella descrizione che oggi abbiamo dell’universo, le leggi dell’infinitamente grande e quelle dell’infinitamente piccolo non si mescolano. Abbiamo già scoperto che tre delle quattro forze note condividono la stessa struttura matematica descritta dalla teoria quantistica. È possibile riconciliare la gravità (la legge che governa l’infinitamente grande) con la teoria quantistica (che funziona a scale di distanze infinitesime)? Potrebbe esistere una sola teoria del tutto? Le caratteristiche peculiari dell’ILC potrebbero fornire le informazioni per imboccare la strada corretta verso la teoria definitiva. La teoria delle stringhe (o corde) è un candidato promettente per unificare le leggi del grande e del piccolo. La teoria sostiene che tutte le particelle e le forze possono essere immaginate come sottili corde vibranti. Un tocco della corda la rende un quark, mentre un altro la rende un fotone: una vera sinfonia di particelle. Questa teoria implica il realizzarsi in maniera naturale di concetti della massima importanza quali la supersimmetria e le extra dimensioni dello spazio. Queste extra dimensioni non sono visibili nel nostro mondo di tutti i giorni. Sono pensate come “arrotolate” su se stesse in modo tale da diventare visibili solo se messe alla prova con potenti acceleratori. Se nuove dimensioni esistono alla scala del “Tera”, l’LHC potrebbe scoprirle e l’ILC potrebbe determinarne il numero, la loro grandezza e forma e quali particelle si trovino al loro interno. Insieme, l’LHC e l’ILC potrebbero così aprire una finestra sul nuovo mondo della gravità quantistica. Il modello standard (e oltre) Il Modello Standard della fisica delle particelle è una teoria che descrive le particelle note che compongono la materia ordinaria e tre delle quattro interazioni fondamentali che tra di esse hanno luogo. Queste interazioni, o forze, sono la forza elettromagnetica (che utilizziamo e su cui facciamo quotidianamente affidamento), la forza forte (che tiene insieme i quark all’interno del nucleo dell’atomo) e la forza debole (che è responsabile di molti decadimenti radioattivi). Il Modello Standard non include nel suo ambito la quarta forza, la gravità. antimateria 14 | 15 Ad ogni particella fondamentale corrisponde una particella di antimateria. La coppia è identica sotto molti aspetti, tranne che per uno estremamente importante: hanno carica elettrica opposta. Ad esempio, un elettrone e un positrone sono identici, tranne il fatto che un elettrone ha carica negativa mentre un positrone ha carica positiva. Quando una particella e la sua antiparticella si incontrano, si annichilano in uno stato di pura energia.
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