Il Bosone di Higgs
| Bosone di Higgs | |
| Composizione: | |
| Famiglia: | |
| Status: | ipotetica |
| Teorizzata: | |
| Simbolo: | H0) |
| sconosciuta | |
| 0 | |
| Spin: | 0 |
Il bosone di Higgs sarebbe una ipotetica particella elementare, massiva, scalare, prevista dal modello standard della fisica delle particelle.
Nell'ipotesi che questa esista, essa sarebbe l'unica particella del modello standard a non essere stata ancora osservata.
Questa particella giocherebbe un ruolo fondamentale all'interno del modello: la teoria la indica come portatrice di forza del campo di Higgs che si ritiene permei l'universo e dia massa a tutte le particelle.
Il campo di Higgs, mediante rottura spontanea della simmetria elettrodebole del modello standard, è coinvolto nel dare la massa alla particelle mediante il meccanismo di Higgs e l'interazione di Yukawa. In particolare il meccanismo di Higgs predice la massa dei bosoni vettori, ossia delle particelle responsabili delle interazioni mentre l'interazione di Yukawa riproduce le masse dei campi di materia, ossia i fermioni.
Rispetto al meccanismo di Higgs in cui i parametri hanno chiare interpretazioni teoriche, il meccanismo di Yukawa risulta essere molto meno predittivo , infatti i parametri di questo tipo di interazione risultano introdotti ad hoc nel modello standard.
L'importanza del bosone di Higgs nel modello standard è anche dovuta al fatto che esso può garantire la consistenza di questo modello: altrimenti, senza riconoscere l'esistenza di tale bosone, il modello standard si rivelerebbe inefficace, poiché descriverebbe i processi con una probabilità maggiore di uno. In particolare, l'ipotetico scambio di bosoni di Higgs potrebbe virtualmente correggere il vigente cattivo andamento dell'ampiezza di probabilità nello scattering elastico delle componenti longitudinali di due bosoni vettori di tipo W ad alte energie.
| Al giorno d'oggi la presunta particella non è mai stata osservata, ma secondo una parte della comunità scientifica vi sarebbero alcuni indizi riguardo alla sua eventuale esistenza. |
Il bosone di Higgs fu teorizzata nel 1964 dal fisico scozzese Peter Higgs, insieme a François Englert e Robert Brout, mentre stavano lavorando su un'idea di Philip Anderson, e indipendentemente da G. S. Guralnik, C. R. Hagen, e T. W. B. Kibble.
Esso sarebbe dotato di massa propria.
Nel 1993 il bosone di Higgs, data la sua importanza nella teoria del modello standard, è stato soprannominato dal Premio Nobel per la Fisica, Leon Max Lederman, come la "Particella Dio".
Alla ricerca del Bosone di Higgs
Il bosone di Higgs non è stato ad oggi mai osservato sperimentalmente e la sua massa non è prevista dal Modello Standard. Ricerche dirette effettuate al LEP hanno permesso di escludere valori della massa inferiori a 114,5 GeV, e misure indirette dalle determinazioni dei parametri elettrodeboli danno indicazioni che i valori più probabili della massa siano comunque bassi, in un intervallo che dovrebbe essere accessibile ad LHC.
La teoria dà un limite superiore per questa massa di circa 200 GeV (≈3,5×10-25 kg). Al 2002 gli acceleratori di particelle hanno raggiunto energie fino a 115 GeV.
Benché un piccolo numero di eventi che sono stati registrati potrebbero essere interpretati come dovuti ai bosoni di Higgs, le prove a disposizione sono ancora inconcludenti.
A partire dal 2001, la ricerca del bosone di Higgs si e' spostata negli Stati Uniti studiando le collisioni registrate all'acceleratore Tevatron presso il Fermilab.
I dati li' raccolti hanno consentito di escludere l'esistenza di un bosone di Higgs con massa compresa tra 160 e 170 GeV.
Ci si aspetta che il Large Hadron Collider, presso il CERN, che inizierà a raccogliere dati a partire dell'autunno del 2009, sia in grado di confermare l'ipotetica esistenza di tali bosoni.
Poiché il campo di Higgs è un campo scalare, i bosoni di Higgs avrebbero spin zero.
Il fisico Vlatko Vedral ha tuttavia avanzato la supposizione che l'origine della massa delle particelle sia dovuta all'entanglement quantistico tra i bosoni, analogamente a quanto espresso dalla sua teoria sull'effetto Meissner nei superconduttori da parte degli elettroni entangled. Vari altri ipotetici modelli fisici, tra cui il modello dinamico della superunificazione e del dualismo onda-particella elaborato dal fisico Alex Kaivarainen dell’Università di Turku in Finlandia, parimenti rifiutano implicitamente l'esistenza del bosone di Higgs.
Recentemente, si è sviluppata una teoria in cui molte delle buone caratteristiche teoriche del settore di Higgs nel modello standard posso essere riprodotte, per particolari valori dei parametri del modello, dall'introduzione di un settore extra dimensionale, o comunque da una estensione della simmetria elettrodebole.
Tali modelli in cui si cerca di trovare giustificazioni alternative al meccanismo di Higgs, sono noti come modelli Higgsless.
La particella nota col nome di Bosone di Higgs è il quanto di uno dei componenti del campo di Higgs. Nello spazio vuoto, il campo di Higgs acquisisce un valore non-zero (detto valore atteso del vuoto non-zero) che permea tutto lo spazio dell'universo in qualsiasi istante. L'esistenza di questo valore gioca un ruolo fondamentale: esso darebbe massa a tutte le particelle elementari, incluso lo stesso bosone di Higgs. In particolare, l'acquisizione di un valore non-zero romperebbe la simmetria di gauge elettrodebole, un fenomeno conosciuto come meccanismo di Higgs. Esso è il meccanismo più semplice in grado di dare massa ai bosoni di gauge compatibile anche con le teorie di gauge.
Nel Modello Standard, il campo di Higgs consiste in campi con due componenti neutri e due componenti carichi. Entrambi i componenti carichi ed uno dei campi neutri sono bosoni di Goldstone, che sono privi di massa e divengono, rispettivamente, le componenti longitudinali tri-polarizzate dei bosoni massivi W + , W − , e Z0. Il quanto del restante componente neutro corrisponde al bosone di Higgs. Poiché il campo di Higgs è un campo scalare, il bosone di Higgs ha spin zero e non ha momento angolare intrinseco. Il bosone di Higgs è anche la sua stessa antiparticella ed è CP-even.
Il Modello Standard non predice il valore della massa del bosone di Higgs. Se la massa del bosone di Higgs risultasse compresa tra 115 e 180 GeV, allora il Modello Standard potrà essere valido a tutte le scale di energia fino alla scala di Planck (1016 TeV). Molti fisici teorici si aspettano che una nuova fisica emerga oltre il Modello Standard alla scala del TeV, a causa di alcune proprietà insoddisfacenti del Modello Standard stesso. Il valore più elevato della massa del bosone di Higgs (o di qualche altro meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole) è ipotizzabile intorno ad un TeV; oltre questo punto, il Modello Standard diventerebbe inconsistente senza tale meccanismo poiché l'unitarietà è violata in certi processi di scattering. Molti modelli supersimmetrici predicono che il valore più basso possibile della massa del bosone di Higgs è ipotizzabile appena al di sopra degli attuali limiti sperimentali, intorno a 120 GeV o meno.
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