Una nuova fisica dietro l’angolo? Le “sorprese di Higgs” (e quella di Guido Tonelli).

Nel suo ultimo saggio intitolato “Materia”, Guido Tonelli dedica parte di un capitolo - il cui tema è il bosone di Higgs - a spiegarci i motivi per i quali la scoperta di quest’ultimo non rappresenti il punto di arrivo della ricerca, l’ultimo tassello del modello Standard, quanto piuttosto un portale verso qualcosa di completamente nuovo.
Lo scorso autunno, partecipando ad una sua conferenza, ho avuto occasione di porgli la seguente domanda: “… ad un decennio dall’annuncio della sua rilevazione negli esperimenti Atlas e CSM (di cui Tonelli era coordinatore) installati presso l’LHC al CERN, il sospetto che il bosone di Higgs abbia svolto il ruolo del fantomatico inflatone nei primi istanti di vita del nostro universo si è rafforzato o meno?” L’inflatone è una particella che si ipotizza abbia dato luogo al fenomeno dell’inflazione cosmica, e sia dotata di una proprietà straordinaria. Una delle teorie attualmente più accreditate sull’origine del nostro universo ritiene che esso sia stato generato da una fluttuazione quantistica del vuoto (1) che abbia prodotto una minuscola bollicina di spaziotempo, riempitasi in seguito da una piccolissima quantità di inflatoni. Queste particelle scalari (con spin nullo) avrebbero raddoppiando il proprio volume ogni 10^-38 secondi per un totale di 260 volte, dopodiché si è assistito al loro decadimento in materia ordinaria: questo improvviso e parossistico aumento delle dimensioni dello spaziotempo - avvenuto a velocità superluminare - costituirebbe il fenomeno conosciuto con il nome di “Big Bang” all’origine del nostro universo (2). Le “sorprese di Higgs”. Tonelli ha approfittato della mia domanda per spiegare alla platea come la ricerca del bosone di Higgs sia tutt’altro che conclusa con l’identificazione della famosa particella a 125 GeV. L’ “Higgs” (come lo chiama con familiarità) potrebbe infatti costituire soltanto il primo rappresentante di una famiglia di particelle scalari non previste dal modello standard: i “cugini dell’Higgs”. Oppure potrebbe addirittura rappresentare una via per accedere a particelle con proprietà talmente anomale da non esser identificabili utilizzando gli attuali rilevatori. Quali ad esempio particelle “quasi stabili”, dotate di tempi di decadimento che si misurano in giorni o settimane (3). O particelle che addirittura non siano in grado di interagire con la materia di cui son fatti gli stessi rilevatori. La possibile identificazione dell’Higgs con l’inflatone, concluse Tonelli, ad oggi rimane un’ipotesi plausibile che tuttavia non è stata confermata. “… al di là di tutto ciò c’è una caratteristica che rende Higgs ancora più speciale di quanto si possa pensare” - spiega: “… per meccanismi intrinseci alla meccanica quantistica, sappiamo che ogni particella è perennemente avvolta da una nuvola di particelle virtuali. Si tratta di particelle-fantasma che vengono estratte dal vuoto per un brevissimo istante per tornarvi subito dopo, appena sono riassorbite. È un meccanismo inevitabile che, nel caso del bosone di Higgs, comporterebbe una crescita incontrollata della sua massa. Non conosciamo ad oggi nessun meccanismo che possa proteggere una particella scalare da questo fenomeno: eppure la massa dell’Higgs sta li, immobile, a 125 GeV. Ci deve pertanto essere per forza qualcosa di cui ignoriamo l’esistenza. Forse ci sono altre particelle massicce, oltre a quelle conosciute del Modello Standard, che gli volteggiano attorno e ne cancellano gli effetti. Oppure c'è qualche altro meccanismo in azione che lo protegge da questa deriva inarrestabile. In un modo o nell'altro il bosone di Higgs sembra nasconderci ancora molti segreti …” La “sorpresa di Tonelli”, cui accennavo nel titolo, riguarda invece una esperienza personale che mi ha emozionato. Qualche mese fa, ricevuta la copia del saggio “Materia” (prenotata non appena venuto a conoscenza dell’imminenza della pubblicazione), ero immerso nella sua lettura appassionante quando, circa a metà del libro, trovo riportata pari pari la risposta che Tonelli aveva dato alla domanda che gli avevo rivolto qualche mese prima. Tonelli è, oltre che una persona disponibile, un bravo fisico ed un capace divulgatore in grado di appassionare la platea di chi ne ascolta le conferenze così come i lettori dei suoi saggi (4).

Note: (1) In meccanica quantistica le fluttuazioni quantistiche consistono in continui mutamenti temporanei nello stato di energia dello spazio vuoto. Il principio di indeterminazione di Heisenberg dipinge uno scenario dove continuamente appaiono dal nulla coppie virtuali di particelle ed antiparticelle che incessantemente vengono create e immediatamente si annichilano l’una con l’altra. Il vuoto dunque non è “vuoto” ma sede di questo continuo processo che non rileviamo direttamente in quanto la scala di energia è piccola e le fluttuazioni tendono ad annullarsi l'un l'altra. La radiazione di Hawking emessa dai buchi neri ha origine da questo fenomeno. (2) Nell’ambito della teoria dell’inflazione talvolta viene affermato che l’inflazione rappresenta “il Bang del Big Bang” in quanto non si tratta di una esplosione vera e propria “nel mezzo”, piuttosto di una dilatazione improvvisa e violenta del “mezzo” stesso (lo spazio tempo). (3) Il loro decadimento potrebbe perciò verificarsi quando oramai i rilevatori sono spenti rendendole così “invisibili” ai nostri esperimenti. (4) I suoi saggi pubblicati in precedenza sono:

Genesi,

Tempo,

Cercare mondi,

La nascita imperfetta delle cose,

Quando si accesero le stelle