Sembra uno scherzo della natura o, meglio, una sfida: LHC è un’impresa tecnologica che non conosce precedenti, eppure una delle motivazioni principali della sua costruzione è la ricerca di semplice particella: l’inafferrabile bosone di Higgs. Perché tanto affanno per una particella?

L’esistenza del bosone di Higgs è stata ipotizzata dai fisici teorici per spiegare perché la materia ha una massa. Il modello che descrive le particelle elementari, il cosiddetto modello standard, non può spiegare l’interazione tra le particelle senza passare per questa particella. Trovare il bosone di Higgs ci aiuterebbe a capire dei fenomeni ancora oscuri della natura e, inoltre, sarebbe una conferma eccezionale della validità del modello standard. 

Purtroppo però, fino a oggi nessuno l’ha mai visto…

Già. Per anni il Tevatron, l’acceleratore americano del Fermilab di Chicago, e il LEP, la macchina del CERN che accelerava elettroni e positroni prima di LHC, gli hanno dato la caccia, ma senza successo.

La sua fuggevolezza ha fatto sì che venisse avvolto da un velo di mistero e curiosità, tanto da diventare famoso come “particella di Dio”. Ma dove si nasconde questo bosone?

Probabilmente tra le pieghe delle alte energie. Per questo motivo è stata costruita LHC, la macchina più potente che fino oggi sia mai stata assemblata. Il LEP ha esplorato il campo fino a energie di 114 GeV. Se il bosone di Higgs esiste lo troveremo energie superiori ma ora non sappiamo quanto più su si possa trovare. I teorici ci forniscono però un limite massimo: 1 TeV. Quindi lo spettro di energie da esplorare è ampio: al momento abbiamo un limite inferiore, dato dagli esperimenti, e un limite superiore, suggerito dalla teoria.

E se la particella di Higgs non viene fuori?

Allora vorrà dire che dovremo rivedere parte dei nostri modelli teorici. Come sempre accade nella ricerca scientifica, saranno gli esperimenti a dirci se la teoria è valida, se e come bisogna cambiare il nostro modello teorico di riferimento. Ma se il bosone di Higgs non dovesse dare segnali sappiamo che, comunque, spunterà qualche altra cosa.

Per esempio?

I calcoli ci dicono che se non troveremo, a energie dell’ordine del TeV dovranno comparire numerose altre particelle nuove. Tra i candidati i bosoni W1 e Z1, i cugini pesanti delle particelle W e lo Z, scoperte da Rubbia proprio qui al CERN quando era in funzione il SuperProtoSincrotrone, l'acceleratore che ha preceduto il LEP.

Lungo l’anello sono collocati gli apparati di quattro esperimenti in che cosa si differenziano?

Nelle finalità. ATLAS e CMS sono i due esperimenti general purpose, ovvero esperimenti versatili non dedicati a un solo utilizzo o a una particolare esigenza. Saranno loro a dare vedere il bosone di Higgs qualora dovesse spuntare; ma sono stati progettati per vedere tutta la nuova fisica che si presenterà aprendo questa nuova finestra di energia. Gli altri due esperimenti sono più piccoli e hanno obiettivi precisi: LHC-B, rivolto alla fisica della cosiddetta particella B, cercherà di scoprire i segreti dell'antimateria, mentre Alice è stato costruito per lo studio delle reazioni con ioni pesanti.

Insomma, anche se il bosone Higgs dovesse continuare a giocare a nascondino, i fisici avranno un bel po’ da lavorare..

Certo. Qualunque siano i risultati di LHC, le nostre conoscenze sulla natura faranno dei grossi salti in avanti. È la prima volta che gli scienziati hanno la possibilità di esplorare in laboratorio valori di energia così alti e c’è molte varietà di teorie da provare o smentire.