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

ATLAS and the "God particle"

Particle postulated by the Scottish theoretical physicist PW Higgs, a professor at the University of Edinburgh, who developed the field theory which takes its name (Higgs field) whose carrier particle, actively pursued at the CERN laboratories in Geneva Atlas experiment is called precisely, particle or "Higgs boson". With this fundamental particle the particles originally all with zero mass, each one would buy their mass. The Higg’s boson would mathematical coherence to the Standard Model, the theory that describes fundamental particles and forces through which they interact. At the origin of the Higgs theory is the finding that the particles possess a very wide variety of masses, from the smallest (the mass of the electron) to the largest, the mass of quark top (approximately 200,000 times that of electron). The values ​​of different masses do not seem to have a relationship with each other, not only that, but the simplest version of the Standard Model requires that all particles have mass equal to zero. The Higgs field was introduced to reconcile these two requirements. Higgs proposed that all space-time is permeated by a field, the Higgs field, in some ways similar to an electromagnetic field. When the particles move through space-time also moves in the Higgs field, and interacting with it, acquire a mass. More great is the interaction of particles with the field, more mass gained is great. This interaction can be considered similar to the action of viscous forces acting on particles moving in a dense liquid. Greater the interaction with the liquid, more great its mass appears to be, since the mass can also be seen as resistance to changes in motion. Moving in the Higgs field particles acquire their mass inertia. This field is a constant value, even in a vacuum, and a scalar (non-vector, which is determined only by a numerical value and not from one direction). Since quantum theory follows that each field has a particle associated with it, a boson (like the photon for the electromagnetic field), the field requires the existence of the Higgs particle or Higgs boson. Even this would be scalar that is with zero spin. In this field, photons, massless, which are the mediators of electromagnetism, would travel in the direction of the field (the term "direction" hasn’t the physical meaning of our three-dimensional space, but it is an internal property of the field) and therefore would not acquire mass and observed by us, just as photons. The same particles, when they move in the opposite direction, they need more energy (mass), which is absorbed by the Higgs field, then become W and Z bosons, mediators of the weak nuclear force. This view allows us to unify also this aspect of electromagnetism and the weak nuclear force into the electroweak theory, explaining the current diversity of their brokers, who are thus two sides of the same particle, which we see as photons or W and Z depending on their interaction with the Higgs field. Each type of particle decays into electrons, photons, muons, hadrons, neutrinos, or their antiparticles. ATLAS tries to detect these stable particles (the "decay products"), then go back to the initial particle decayed after a certain period of time. The Higgs boson may decay into a variety of ways depending on its mass, which is an unknown theory. The Higgs field, however, must assume a uniform background value of zero and not even in a vacuum.
But what if the God particle would not be detected? Higg's intuition would be wrong?
Marius, who is the ideator of the gravitational theory exposed in this blog, does not think so, instead believes that Higgs field has more probabilities to be observed by Atlas detectors. However, the "mechanism" would be a bit different. The current vision that provides for trasmitting fundamental forces by the exchange of bosons between elementary particles (which, intuitively, could give rise only to repulsive actions, if only for the principle of conservation of motion) would be replaced by action and counter-thrust generated by a "physical" oscillating mass/energy field of which the same elementary particles are "disturbance" in its turn made up by waves with lower lenght wave. But what could be for ATLAS the "calling card" of this kind of field? For example, a less extensive scattering of data collection to allow linear interpolation more or less "homogeneous" on the various ranges of mass/energy. And the mediators of the quantum forces ? Well, to put it as Franco Selleri says: "unlikely mathematical models exatly corresponds to reality of physical phenomena describing."

Stefano Gusman