mercoledì 10 agosto 2011

ATLAS e la "particella di Dio"

Particella ipotizzata dal fisico teorico scozzese P.W. Higgs, docente dell'Università di Edimburgo, che ha elaborato la teoria di campo che prende il suo nome (campo di Higgs ) la cui particella mediatrice, attivamente ricercata presso i laboratori del CERN di Ginevra nell’ambito dell’esperimento Atlas, è detta, appunto, particella o “bosone di Higgs”. Grazie a questa particella fondamentale le particelle, originariamente tutte con massa nulla, acquisterebbero ognuna la propria massa. Il bosone di Higgs darebbe coerenza matematica al Modello Standard, la teoria che descrive le particelle fondamentali e le forze attraverso le quali interagiscono. All'origine della teoria di Higgs c'è la constatazione che le particelle posseggono un'amplissima varietà di masse, dalla più piccola (la massa dell'elettrone) alla più grande, cioè la massa del quarktop (pari a circa 200.000 volte quella dell'elettrone). I valori delle diverse masse non sembrano avere una relazione fra loro; non solo, ma la versione più semplice del Modello Standard richiede che tutte le particelle abbiano massa pari a zero. Il campo di Higgs è stato introdotto per conciliare queste due esigenze. Higgs ha proposto che tutto lo spazio-tempo sia permeato da un campo, il campo di Higgs, simile per alcuni versi a un campo elettromagnetico. Quando le particelle si muovono nello spazio-tempo si muovono anche nel campo di Higgs e, interagendo con esso, acquisiscono una massa. Più è grande l'interazione delle particelle con il campo e più la massa acquisita è grande. Questa interazione può essere considerata simile all'azione di forze viscose che agiscono su particelle che si muovono in un liquido denso. Più è grande l'interazione con il liquido e maggiore sembra essere la loro massa, dato che la massa può essere vista anche come la resistenza alle variazioni di moto. Muovendosi nel campo di Higgs le particelle acquisirebbero la loro massa inerziale. Questo è un campo a valore costante, anche nel vuoto, e di tipo scalare (cioè non vettoriale, ossia determinato soltanto da un valore numerico e non anche da una direzione). Poiché dalla teoria dei quanti discende che ogni campo ha una particella associata a esso, un bosone (come il fotone per il campo elettromagnetico), il campo di Higgs prevede l'esistenza della particella o bosone di Higgs. Anche questo sarebbe scalare, cioè dotato di spin nullo.
In questo campo i fotoni, particelle prive di massa che sono i mediatori dell'elettromagnetismo, viaggerebbero secondo la direzione del campo (il termine “direzione” non ha il significato fisico del nostro spazio tridimensionale, ma è una proprietà interna del campo) e pertanto non acquisirebbero massa e sarebbero osservati da noi, appunto, come fotoni. Le stesse particelle, quando si muovono in direzione opposta hanno bisogno di più energia (cioè massa), che viene assorbita dal campo di Higgs; diventano quindi bosoni W e Z, i mediatori della forza nucleare debole. Questa visione consente di unificare anche sotto tale aspetto l'elettromagnetismo e la forza nucleare debole nella teoria elettrodebole, giustificando l'attuale diversità dei rispettivi mediatori, che sarebbero quindi due aspetti della stessa particella, che noi vediamo come fotoni o come W e Z a seconda della loro interazione col campo di Higgs. Ogni tipo di particella decade in elettroni, fotoni, muoni, adroni, neutrini, o nelle loro antiparticelle. ATLAS cerca di rilevare queste particelle stabili (i “prodotti di decadimento”), per poi risalire alla particella iniziale decaduta dopo un certo periodo di tempo.Il bosone di Higgs potrebbe decadere in molti modi a seconda della sua massa, che è un'incognita della teoria. Il campo di Higgs, invece, deve assumere un valore di fondo uniforme e non nullo anche nel vuoto.
Ma cosa succederebbe se la particella di Dio non venisse rilevata ? L’intuizione di Higgs sarebbe sbagliata?
Marius, che è l’ideatore della teoria gravitazionale esposta in questo blog, ritiene di no anzi è convinto, piuttosto, che sia il campo di Higgs cio’ che con piu’ probabilità i rilevatori di Atlas potrebbero osservare. Tuttavia il “meccanismo” sarebbe un po’ diverso. La corrente visione della trasmissione delle forze fondamentali attraverso lo scambio di bosoni tra particelle elementari (che, intuitivamente, potrebbe dar luogo solo ad azioni repulsive, se non altro per il principio di conservazione della quantità di moto) sarebbe sostituito da azioni di spinta e controspinta generate da un campo “fisico” di massa/energia oscillante di cui le stesse particelle elementari costituiscono una “perturbazione” a sua volta fatta di onde a lunghezza d'onda inferiore. Ma quale potrebbe essere per ATLAS il “biglietto da visita” di un campo siffatto ? Per esempio uno “scattering” sempre meno ampio dei dati di rilevazione tale da consentire un’interpolazione lineare piu' o meno "omogenea" sui vari range di massa/energia. E i mediatori quantistici delle forze che fine fanno ? Beh, per dirla alla Franco Selleri : “difficilmente i modelli matematici corrispondono al reale fenomeno fisico che descrivono”.

Stefano Gusman

7 commenti:

  1. Marius,
    bell'articolo, non ho capito tutto ma mi fido del mio elaboratore privato, che lavora anche mentre dormo. Il bosone di Higgs non esiste "in natura", dovrebbe saltar fuori da collisioni particolarmente energetiche proporzionale alla massa ritenuta molto alta (giusto?). La domanda: se la carica elettrica crea un campo elettrico, il magnete crea un campo magnetico, la massa crea un campo gravitazionale, il campo di Higgs esiste costante dappertutto senza una reale presenza del Bosone di Higgs che è poi solo un mediatore, forse bisogna cercare qualcos'altro?
    Ciao

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  2. Ciao Gaetano,
    come al solito mi dai l'occasione per chiarire meglio alcuni concetti che rischiano di essere fuorvianti, almeno nell'ambito della teoria che cerco di portare avanti...Ti copio incollo un estratto del link a sapere.it che trovi anche nell'articolo :

    ....La meccanica quantistica è basata sul principio che le interazioni tra i corpi, e quindi tra le particelle costituenti, non si trasmettono a distanza, ma attraverso lo scambio di particelle tra i corpi interagenti. In ciò il concetto di interazione si sostituisce a quello di forza. In questo senso, il campo creato da una determinata particella è l'insieme di particelle virtuali, cioè di particelle continuamente create e riassorbite, che interagiscono con le particelle reali che si trovano nelle vicinanze. Le particelle virtuali che costituiscono il campo non sono altro che i quanti del campo. La massima distanza alla quale si può avere l'interazione è determinata dal principio di indeterminazione di Heisenberg: quanto minore è la massa m (energia E=mc²) della particella virtuale emessa tanto maggiore è il raggio di azione dell'interazione. Il campo elettromagnetico, i cui quanti sono fotoni di massa nulla, ha raggio d'azione infinito. Un campo in cui i quanti siano particelle di massa m, come per esempio nel caso delle interazioni nucleari, ha un raggio di azione dato dalla relazione r=cΔt, in cui c è la velocità della luce e Δt=h/(2πE), in cui h è la costante di Planck e m=E/c² è la massa del quanto del campo. Nel caso, quindi, del campo delle forze nucleari, la massa del quanto del campo è diversa da zero e il raggio d'azione dell'interazione tra due nucleoni è finito. La teoria che descrive l'interazione dell'elettrone con il campo elettromagnetico in cui si muove è l'elettrodinamica quantistica. Il suo successo nello spiegare i fenomeni osservati ha fatto sì che sia stata presa a prototipo per le altre interazioni tra particelle elementari...tra cui (ora sono io che scrivo) i gluoni come mediatori dell'interazione nucleare forte tra quark, il gravitone e il famigerato bosone di Higgs con il compito di conferire massa alle particelle elementari....Il meccanismo "fisico" che dovrebbe sottendere la teoria prevede che le particelle elementari si "sparino" una contro l'altra bosoni (gravitoni, piuttosto che gluoni o, appunto, gli Higgs e che questo "scambio" consenta la trasmissione delle forze fondamentali....Immagina due particelle che si sparano l'una contro l'altra dei proiettili...Se non altro per il "rinculo" (fenomeno che in fisica nucleare è ben noto) o per il principio di conservazione della quantità di moto tenderebbero ad allontanarsi e non ad avvicinarsi....Non mi è chiaro se questo è il motivo per cui in origine tutte le particelle vengono considerate prive di massa...In ogni caso mi pare una grossa forzatura, motivo per cui nella MT si sostituisce al mediatore quantistico la spinta e lo controspinta di un campo fisico costituito da onde....E' questo che mi aspetto LHC rilevi e per mettere seriamente in gioco la MT ho dichiarato in anticipo nelle avvertenze che la scoperta del bosone vettore di massa o del gravitone la falsificherebbero... In ogni caso sarebbe un successo per chi vuol fare un po' piu' di chiarezza su questi argomenti cosi' affascinanti...

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  3. Marius,
    mi sono riletto ls tua teoria, ho bisogno di ancora tempo per digerirla, mi ripropongo poi di farti le mie considerazioni. A proposito non ricordo se ti ho già segnalato questa risposta: http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8545 sicuramente o è una balla o qualche spiegazione bisogna trovarla. Poi se ho ben capito tu collocheresti le onde gravitazionali dopo i raggi gamma, mentre ho letto che sarebbero dell'ordine dei 22 hz quindi lunghissime. In un caso e nell'altro difficili da rilevare. Grazie per le precisazioni.
    Ciao

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  4. Ti consiglio di prenderla con calma per non fare indigestione :-)
    Si me lo avevi segnalato il link....Devo dirti che di primo acchito quelle considerazioni mi hanno fatto pensare a una qualche relazione con l'entanglement quantistico...http://marius-gravity.blogspot.com/2010/07/il-tempo-non-esiste.html#comments, ma siamo a livello di pura speculazione...

    Io sono in partenza per le vacanze...Ne approfitto per salutarti e darti appuntamento, sperando che continui a interessarti,su questi schermi per la fine del mese.

    Ciao

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  5. Appena tornato vengo accolto da queste notizie
    http://dropseaofulaula.blogspot.com/2011/08/accerchiando-il-bosone-di-higgs.html

    Fosse che fosse la volta buona che ci si convince di poter fare a meno dei mediatori quantistici delle forze fondamentali ?

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  6. http://www.borborigmi.org/

    E' il blog di un ricercatore LHC ATLAS molto attendibile.
    Come promesso a Gaetano oggi 14 12 2011 pubblico questo link, ma in riferimento a questo post.
    Questo perchè, in tempi non "sospetti" la MT prevedeva proprio questo tipo di risultato. Al di la' della querelle in corso, scoperta si scoperta no, io direi che non hanno quasi visto il bosone, ma hanno visto il "quasi bosone" cioe' un'anomalia del "rumore di fondo" che, a mio parere, potrebbe essere un "solitone" (leggi quasi particella) del campo di massa - energia detto campo di Higgs.

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