Inizio unendo due citazioni, la prima di Guido Tonelli (coordinatore dell’esperimento CMS del CERN) e la seconda di Luciano Maiani (ex-direttore del CERN), che insieme a Fabiola Gianotti (coordinatrice dell’esperimento ATLAS del CERN), attraverso il dibattito gestito dal giornalista Cattaneo, hanno presentato al pubblico dell’Auditorium Parco della Musica di Roma, la scoperta rivoluzionaria del bosone di Higgs.

L’argomento non è semplice, basti pensare che questa scoperta è stata formalmente ufficializzata in questi giorni, seppure annunciata il 4 luglio 2012.

Prima di addentrarci in un discorso più complesso, c’è da capire cosa sia il CERN, come funzioni la formidabile macchina che ha portato alla scoperta del bosone, e infine capire quali altri vantaggi potrà portare in ambito scientifico.

Il CERN non è altro che il  Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire, ossia l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare che ha sede in Svizzera e, citando wikipedia, “Lo scopo principale del CERN è quello di fornire ai ricercatori gli strumenti necessari per la ricerca in fisica delle alte energie. Questi sono principalmente gli acceleratori di particelle, che portano nuclei atomici e particelle subnucleari ad energie molto elevate, e i rivelatori che permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di queste particelle.”

Fatta questa dovuta premessa entriamo nel CERN, e scopriamo che è composto da sette acceleratori principali, seppure ci occuperemo solamente del più conosciuto, nonché LHC (Large Hadron Collider), il quale si estende per ben 27 chilometri ed è situato in un tunnel circolare. La premessa importante per capire la funzione e l’utilizzo di questi acceleratori sta nel comprendere che, molto banalmente, permettono lo studio di collisioni tra particelle. 

Definito l’acceleratore record, è una macchina complessa che presenta centinaia di migliaia di chilometri di cavi e in particolare magneti dipolari. I cavi sono tenuti a bassa temperatura (-271.3 °C), inferiore a quella dello spazio siderale (-270.5 °C). Pensate che “se si sommassero le lunghezze di tutti i singoli fili contenuti nelle trecce dei dipoli si coprirebbe una distanza pari a circa 11.5 volte la distanza Terra-Sole” un po’ come per il DNA di un singolo essere vivente, aggiungo. Specifichiamo che non si tratta però dei soliti magneti che ordinariamente possiamo immaginare, infatti si parla di magneti lunghi anche 15 metri.

Giunti qui abbiamo capito che in questa struttura avvengono le collisioni tra particelle, dunque queste ultime vengono lanciate a velocità elevata in un ambiente sostanzialmente vuoto (con poca materia) e se ne osservano le collisioni reciproche attraverso l’utilizzo di migliaia di sensori che riportano migliaia di dati da analizzare. Le collisioni tra queste particelle porterebbero alla cosiddetta formazione del bosone di Higgs, ma questa non è una definizione accettabile a livello scientifico.

Infatti il bosone di Higgs è una particella formata da gluoni e quark  e inoltre, ed è questa una delle rilevanze scientifiche maggiori, non rientra nella normale suddivisione delle particelle, che sostanzialmente sono p. di materia e p. di interazione. Questi bosoni di Higgs, visibili solo dopo 10 mila miliardi di collisioni, e solo durante lo scontro tra due particelle,  hanno la comune origine nell’evento più sbalorditivo che noi tutti conosciamo, il Big Bang.

Prima della scoperta “materiale” del bosone di Higgs, teorizzata in veritas più di 50 anni or sono, si parlava di Campo di Higgs (non preoccupatevi, dire campo di Higgs, equivale a dire “insieme di bosoni di Higgs”). Provate dunque ad immaginare che al momento del Big Bang (quando ancora non esisteva la “Massa” in concetto scientifico) lo spazio aperto era pieno di particelle “impazzite” e qualche milionesimo di secondo dopo, mentre le particelle super-energetiche si raffreddavano, si materializzò il cosiddetto Campo di Higgs. Mentre alcune particelle attraversavano il campo di Higgs, altre si bloccavano in questo campo, o meglio rallentavano la loro velocità, ed una parte dell’energia di queste particelle veniva riconvertita. Non vi ricorda niente la famosa formula ”E=mc²”? Einstein docet, equivalenza tra Energia e Massa. Dunque in cosa venivano riconvertite queste particelle?

Innanzitutto dobbiamo dire che le particelle coinvolte in questi processi sono:

• L’elettrone (principalmente energia)
• Il muone (ha più massa dell’elettrone)
• La particella W (ancora più massa)
• Il quark top (quasi solo massa)

Dunque il campo (di Higgs) è formato da particelle definite come bosoni (di Higgs). Un campo mai immobile, ma in continuo movimento, nel quale queste particelle si immergono. Partendo dall’elettrone, che presenta maggiore energia, questo scivola più facilmente, e così via secondo la scala, le altre particelle rallentano sempre di più, fino ad essere quasi bloccate. E’ qui che molta energia viene convertita in massa. Essendo i bosoni particelle che nel campo “appaiono” e “scompaiono”, i fisici hanno teorizzato la possibilità di creare e distruggere bosoni. Ed è qui che il CERN attraverso gli esperimenti ATLAS e CMS, ha dato le prove a questa teoria.

Consiglio assolutamente la visione di questo video, diffuso dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare che spiega in termini accessibili questi processi di interazione:

E’ importante capire, come spiega il video, che “in realtà nelle collisioni tra i protoni sono le interazioni dirette tra i costituenti di ogni protone, gluoni e quark, che possono creare un bosone di Higgs“. Ed eccone qui una riproduzione:

Concludendo possiamo dire che il bosone di Higgs è quella particella che conferisce la massa a tutte le altre particelle elementari (indivisibili). Che equivale  a dire che senza questo processo la massa, e quindi tutti noi, non saremmo mai esistiti. Ed è anche questo uno dei motivi per i quali viene definita particella di Dio, seppure il fisico Peter Higgs, che teorizzò tale meccanismo, non è d’accordo con questa definizione poiché potrebbe essere considerata come un’offesa verso i credenti.

Ad ogni modo la scoperta è rivoluzionaria per tutti noi, scientifici e non. Inoltre non si può non far riferimento ai 3000 fisici e ricercatori dell’ATLAS e agli altri 3000 del CMS, protagonisti di questa grandiosa scoperta scientifica.

Infatti, come spiegano Tonelli e Gianotti, sono stati portati avanti due progetti diversi (ATLAS e CMS) con lo stesso obbiettivo. Ma perché il CERN ha deciso di portare avanti due progetti che presentavano diverse scelte, tecniche e teoriche, ma avevano in comune lo stesso traguardo? A questa domanda rispondono assieme i due coordinatori, che spiegano che durante una ricerca scientifica di tale portata, si deve sempre ammettere il rischio di sbagliare, la scienza non è infallibile. I due progetti infatti hanno lavorato in maniera totalmente separata, introducendo anche la sana competizione che, secondo Fabiola Gianotti “è stata stimolante e di aiuto per tutto il periodo della ricerca”. Inoltre Tonelli aggiunge che “due scelte diverse, producono più possibilità di raggiungere un successo”. 

C’è ancora tanto lavoro da fare, specificano i coordinatori. Conosciamo solo il 4% della materia presente nell’universo e la corsa del CERN continuerà nei prossimi anni, seppure per i prossimi due rimarrà chiuso per motivi tecnici. Ci si aspetta molto da questo insieme di acceleratori e da questo team di fisici e ricercatori. Energia oscura e materia ancora non studiata potrebbero diventare un argomento accessibile per le generazioni future, in una maniera che nemmeno noi possiamo immaginare.

Inoltre è innegabile la forte presenza italiana in questa scoperta. Solo i coordinatori dei due esperimenti sono italiani, ma fino a poco tempo fa anche Maiani era direttore del CERN. Senza contare gli innumerevoli fisici che provengono dalle università italiane, cosa che fa notare il presidente dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) Nando Ferroni, ennesimo ospite della conferenza, il quale evita di criticare le università italiane e anzi, paragona i nostri studi a quelli esteri, facendo notare che non dobbiamo invidiare niente a nessuno.

Seppure personalmente mi sorge un dubbio (se no non sarei io), in quanto la sala era piena di universitari e liceali. Ebbene durante la fine della conferenza quando oltre a delle domande abbastanza semplici è stato chiesto l’intervento dei giovani, l’unica domanda fatta da uno di questi è stata “Quanto è costato tutto?”. Volevo alzarmi ed applaudire l’ignoranza del gossip, una risposta che si potrebbe trovare con una ricerca su internet di due minuti, e non ad una conferenza con i diretti protagonisti della scoperta. Io personalmente avevo alzato la mano, volevo chiedere se ci fosse dunque una categoria di particelle nelle quali rientrava il bosone di Higgs, visto che la Gianotti aveva chiaramente fatto capire che il bosone, come scritto nell’articolo, non rientrava nelle due categorie principali delle particelle elementari. Però da bravo giovane, appena è arrivato il microfono, ho voluto dare la precedenza ad un uomo di una certa età vicino a me, che ha …”italianamente” chiesto un commento ai coordinatori riguardo la questione della possibilità della formazione di un “buco nero” durante gli esperimenti del CERN, questione riportata dai faziosi media e sburgiardata più e più volte, un’altra domanda la quale risposta si trova con una ricerca di circa tre minuti su internet. Il tempo era finito e la mia domanda non è stata posta.

Insomma alla fine mi sono ritrovato io a cercare su internet  una teoria di categorizzazione del bosone di Higgs, se fosse prevista in questi tempi, e quale significato avesse, anche per capire meglio l’importanza della scoperta. Purtroppo non ho trovato niente, però sappiamo che la ricerca è costata miliardi e miliardi di miliardi (macchinari compresi) e che la storia del buco nero è una panzana colossale. Va bé lunedì vado in facoltà dove pago 50 euro di contributi per 4 lezioni di laboratorio in un anno, e vediamo se mi viene qualcosa in mente.

Intanto rimaniamo con l’attenzione puntata sul CERN, che si può anche visitare in maniera individuale.