Fisica ...tra Scienza e Mistero (Universo,Energia,Mente e Materia)

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 Vi presento il bosone di Higgs

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pier



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MessaggioOggetto: Vi presento il bosone di Higgs   Sab Lug 07, 2012 1:04 pm

Vi presento il bosone di Higgs
03/07/2012 - Dal nulla alla materia. Dal vuoto alla massa. A colloquio con l'esperto Giuseppe Ballone per capire qualcosa in più della particella di Dio. All'alba di uno degli annunci più importanti della fisica moderna. Anche se, secondo Nature...


di Tommaso Caldarelli

C’era una volta il nulla. Il nulla, però, è diventato qualcosa. Da dove saltò fuori questo nulla, questa energia primordiale, ci spiegano, non si sa: ed difficile che si potrà mai sapere. Come si sia trasformata, da nulla in tutto, invece, potremmo essere vicini a saperlo. Parliamo di come funziona il nostro mondo, come funzionò quando era importante che funzionasse, per creare la materia, l’universo esistente, quello che vediamo, che viviamo. Che indaghiamo e cerchiamo di capire: la curiosità dell’essere umano, infinita, scruta il mondo e tenta di comprenderlo, imbrigliarlo. E l’uomo sta per annunciare, pare, di aver capito come l’universo sia diventato proprio come lo conosciamo.
LA MATERIA - Dove per “come” si intende essenzialmente “in che modo”. Quale è stato il meccanismo, il sistema, che ha condotto all’emersione della materia che ci circonda, che osserviamo e tocchiamo, usiamo e trasformiamo tutti i giorni.















Molto si sa già: ovvero, come sempre in scienza, non c’è mai una certezza assoluta, ma se i conti tornano, e i modelli reggono, va bene: fino a quando una successiva teoria non si dimostra più attendibile, la precedente è quella ufficiale, vera, quella che spiega il funzionamento e risolve il problema. E il problema da risolvere, qui, è (o era?) decisivo e delicato: la formazione dell’universo. Come sia stato possibile arrivare ad un “qualcosa” partendo da un “non qualcosa”. Da un nulla di concreto, da un universo senza massa.
E LA SUA MASSA - Massa, una parola importante. Intuitivamente (ma anche appoggiandosi al dizionario) la massa è la quantità di materia che consideriamo isolatamente, in un corpo separato. C’è un gruppo di scienziati, probabilmente il più importante consesso scientifico al mondo che, domani, con ogni probabilità farà un annuncio storico: saremmo ormai in grado di capire come è possibile che dal nulla si sia arrivati ad una materia che abbia consistenza concreta, e dunque una massa. Intellegibile, toccabile, osservabile. Perché, sembra strano ma è così, che l’Universo abbia una massa non è che bisognasse darlo per scontato: capire perché, era il problema. E gli scienziati del Cern di Ginevra, grazie alla loro sensazionale attrezzatura scientifica – l’acceleratore di particelle più grande del mondo, il Large Hadron Collider – domani terranno una conferenza stampa per spiegare (forse, o forse no, come vedremo) – che hanno finalmente individuato, trovato, la particella che spiega come sia stata possibile questa trasformazione: il bosone di Higgs.



IL BOSONE - Il ricercato speciale della fisica mondiale. L’Atlantide della scienza delle particelle. Il tassello mancante necessario a confermare e a rendere inattaccabile e blindato il cosiddetto “modello standard” della teoria quantistica. Anche definito “la particella di Dio”, perché sarebbe la particella in grado di dare massa alla materia, e dunque, concretamente, “crearla” – anche se, come vedremo fra un momento, non è proprio così – il bosone di Higgs sarebbe finalmente stato individuato. Sono pronti ad annunciarlo, dicevamo, i fisici del Cern che hanno spinto al massimo le loro attrezzature – costruite anche, e quasi soprattutto, per trovare questo tassello mancante. Ma cosa è, come funziona, e perché è così importante rintracciare il bosone di Higgs? Ce lo siamo fatto spiegare da Giuseppe Vallone, che già contattammo ai tempi del famoso neutrino più veloce della luce (che poi non lo era), laureato e dottore in Fisica Teorica e attualmente docente di Fisica presso l’università di Padova, facoltà di Ingegneria.
TASSELLO MANCANTE - Il bosone di Higgs, ci dice Vallone, è “l’ultima particella che manca, che non è stata ancora scoperta, del cosiddetto modello standard, ovvero il modello più attendibile che abbiamo a disposizione per descrivere le interazioni fondamentali fra le forze e le particelle presenti nell’Universo, quelle che possiamo vedere; il modello spiega come queste forze entrano in relazione, ad esempio come gli elettroni interagiscono fra di loro e così via. Ma perché questo modello stia in piedi è necessario postulare l’esistenza di questa particella, il bosone di Higgs appunto, che però finora non è stata scoperta, ovvero osservata sperimentalmente”. Bisognerà dunque attendere domani per la conferenza stampa, e soprattutto la pubblicazione e la condivisione con la comunità scientifica dei dati per sapere la forza e soprattutto l’attendibilità della scoperta del Cern: confermare l’esistenza del bosone, ci spiega infatti Vallone, è assolutamente decisivo per confermare anche la validità del modello standard.
MASSA ZERO - “Senza l’esistenza del bosone, tutte le particelle, e dunque l’intera materia dovrebbe avere massa nulla, per effetto della principio della simmetria di gauge. Eppure noi vediamo le particelle, osserviamo la materia e notiamo che ha massa: dunque deve essersi verificata una rottura spontanea di questa simmetria, che ha permesso l’acquisizione della massa da parte della materia. E il bosone è la prova che ci dovrebbe rimanere di questo fenomeno”: un momento, spieghiamoci meglio. Dal Big Bang, ci spiega il professore, non è emersa materia proprio nella qualità, nell’apparenza, nel modo in cui oggi noi la conosciamo, ma sostanzialmente “una grande quantità di energia. Nel momento in cui le energie sono in concentrazioni molto elevate”, dunque nei primordi dell’Universo, “tutte le particelle hanno massa uguale a zero. Progressivamente però, con l’espansione dell’Universo successiva al Big Bang, l’energia diminuisce e interviene il già accennato meccanismo spontaneo di rottura della simmetria”.

IL CAMPO E LA PARTICELLA - Nel vuoto dello spazio, ci spiega Vallone, esiste una sorta di “campo di nulla”, (può sembrare una contraddizione, ma in fisica non lo è): è il campo di Higgs, che mentre l’universo si dilata, e l’energia diminuisce, inizia a collassare: meglio, in termini tecnici, condensare. “Arriva dunque la condensazione del campo di Higgs”, continua Vallone: “Quando il campo di Higgs condensa lascia dietro di sé la sua particella corrispondente, appunto, il bosone di Higgs. Potremmo dunque definire il bosone come una prova “spuria”, un materiale di risulta della condensazione del campo di Higgs” che però conferma, come è intuitivo, l’esistenza del campo, il suo funzionamento, e il suo ruolo nella teoria cosmogenica. Non è dunque propriamente la particella di Higgs a dare massa, è il meccanismo di Higgs, ovvero l’interazione fra le particelle fondamentali – che, all’inizio del tutto, come abbiamo detto, sarebbero state prive di massa – e il campo di Higgs a donare la massa alla materia, la propria consistenza e dunque il proprio peso, e a lasciarsi dietro, di quando in quando, la prova della sua esistenza, la particella di sé stesso: il bosone di Higgs.
ALTA VELOCITA’ - E’ questo che domani, pare, il Cern si appresta ad annunciare, dopo l’annuncio del dicembre dell’anno scorso in cui gli scienziati avevano detto di aver individuato un segnale interessante dagli scontri delle particelle che viaggiano velocissime nell’acceleratore: “Da allora il Cern sta effettuando esperimenti ad un livello energetico maggiore” ci dice Vallone, per la precisione 4 TeV per elettrone secondo Focus: un’energia sufficiente, sperano, a far saltare fuori il bosone di Higgs. ”Sarà interessante vedere”, dice Vallone, ” da quello che i colleghi diranno domani, quante delle caratteristiche che ci dovrebbero essere nel bosone, stando al modello, saranno effettivamente confermate.Ad esempio il modello presuppone che il bosone sia una particella a spin zero; le particelle che conosciamo, tutte, dall’elettrone al protone, hanno spin maggiore di zero, o mezzo spin o spin intero; avere spin zero significa che la particella è sostanzialmente in-trasformabile”, ci dice Vallone, “ovvero se ruoto il sistema di riferimento, non si trasforma”. Un unicum.
E SE… - Domani, vada come vada, per la fisica sarà un grande giorno: con la diffusione dei dati del Cern sarà prima di tutto possibile per la comunità scientifica sottoporli a vaglio critico per verificare se i calcoli, i conti, le teorie siano state ben formulate e dimostrate: “Dobbiamo raggiungere un buon livello di significatività statistica di queste scoperte”, ci dice Vallone, “nella scienza sono i solo i dati a parlare”. Ed è appunto per questione di dati che, invece, domani l’annuncio potrebbe non essere quello che tutti si attendono.
Con i nuovi dati – e con le collisioni degli ultimi mesi – i ricercatori dovrebbero dare l’annuncio della scoperta dell’Higgs soltanto se il segnale registrato ha una significatività di almeno 5 sigma, pari a una probabilità del 99,99994% di essere giusto (o una probabilità di 0,00006% di essere un rumore di fondo).
Il rumore di fondo è l’effetto “normale” di una collisione di elettroni: si è scoperto qualcosa quando si può affermare che un rumore di fondo in realtà non è un rumore di fondo, perché è probabilmente qualcos’altro. Magari, insomma, un bosone di Higgs: “Ultimamente”, spiega ancora Focus, “gli esperimenti ATLAS e CMS hanno registrato molti segnali con probabilità compresa tra 4,5 e 5 sigma”. Sarebbe dunque logico aspettarsi, domani, una conferma. Siamo, dunque, all’alba di uno degli annunci più importanti della fisica moderna; o, come ipotizza Nature, domani il Cern annuncerà di aver trovato una “generica particella sconosciuta” e chiederà più tempo e ulteriori test per confermare l’identificazione del bosone di Higgs; o, ancora, la scoperta sarà confermata, e sarà proprio questo ad aprire nuovi ed inediti scenari? Staremo a vedere.

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Claudio Sauro



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MessaggioOggetto: Re: Vi presento il bosone di Higgs   Ven Lug 13, 2012 7:28 pm

pier ha scritto:
Vi presento il bosone di Higgs
03/07/2012 - Dal nulla alla materia. Dal vuoto alla massa. A colloquio con l'esperto Giuseppe Ballone per capire qualcosa in più della particella di Dio. All'alba di uno degli annunci più importanti della fisica moderna. Anche se, secondo Nature...


di Tommaso Caldarelli

C’era una volta il nulla. Il nulla, però, è diventato qualcosa. Da dove saltò fuori questo nulla, questa energia primordiale, ci spiegano, non si sa: ed difficile che si potrà mai sapere. Come si sia trasformata, da nulla in tutto, invece, potremmo essere vicini a saperlo. Parliamo di come funziona il nostro mondo, come funzionò quando era importante che funzionasse, per creare la materia, l’universo esistente, quello che vediamo, che viviamo. Che indaghiamo e cerchiamo di capire: la curiosità dell’essere umano, infinita, scruta il mondo e tenta di comprenderlo, imbrigliarlo. E l’uomo sta per annunciare, pare, di aver capito come l’universo sia diventato proprio come lo conosciamo.
LA MATERIA - Dove per “come” si intende essenzialmente “in che modo”. Quale è stato il meccanismo, il sistema, che ha condotto all’emersione della materia che ci circonda, che osserviamo e tocchiamo, usiamo e trasformiamo tutti i giorni.















Molto si sa già: ovvero, come sempre in scienza, non c’è mai una certezza assoluta, ma se i conti tornano, e i modelli reggono, va bene: fino a quando una successiva teoria non si dimostra più attendibile, la precedente è quella ufficiale, vera, quella che spiega il funzionamento e risolve il problema. E il problema da risolvere, qui, è (o era?) decisivo e delicato: la formazione dell’universo. Come sia stato possibile arrivare ad un “qualcosa” partendo da un “non qualcosa”. Da un nulla di concreto, da un universo senza massa.
E LA SUA MASSA - Massa, una parola importante. Intuitivamente (ma anche appoggiandosi al dizionario) la massa è la quantità di materia che consideriamo isolatamente, in un corpo separato. C’è un gruppo di scienziati, probabilmente il più importante consesso scientifico al mondo che, domani, con ogni probabilità farà un annuncio storico: saremmo ormai in grado di capire come è possibile che dal nulla si sia arrivati ad una materia che abbia consistenza concreta, e dunque una massa. Intellegibile, toccabile, osservabile. Perché, sembra strano ma è così, che l’Universo abbia una massa non è che bisognasse darlo per scontato: capire perché, era il problema. E gli scienziati del Cern di Ginevra, grazie alla loro sensazionale attrezzatura scientifica – l’acceleratore di particelle più grande del mondo, il Large Hadron Collider – domani terranno una conferenza stampa per spiegare (forse, o forse no, come vedremo) – che hanno finalmente individuato, trovato, la particella che spiega come sia stata possibile questa trasformazione: il bosone di Higgs.



IL BOSONE - Il ricercato speciale della fisica mondiale. L’Atlantide della scienza delle particelle. Il tassello mancante necessario a confermare e a rendere inattaccabile e blindato il cosiddetto “modello standard” della teoria quantistica. Anche definito “la particella di Dio”, perché sarebbe la particella in grado di dare massa alla materia, e dunque, concretamente, “crearla” – anche se, come vedremo fra un momento, non è proprio così – il bosone di Higgs sarebbe finalmente stato individuato. Sono pronti ad annunciarlo, dicevamo, i fisici del Cern che hanno spinto al massimo le loro attrezzature – costruite anche, e quasi soprattutto, per trovare questo tassello mancante. Ma cosa è, come funziona, e perché è così importante rintracciare il bosone di Higgs? Ce lo siamo fatto spiegare da Giuseppe Vallone, che già contattammo ai tempi del famoso neutrino più veloce della luce (che poi non lo era), laureato e dottore in Fisica Teorica e attualmente docente di Fisica presso l’università di Padova, facoltà di Ingegneria.
TASSELLO MANCANTE - Il bosone di Higgs, ci dice Vallone, è “l’ultima particella che manca, che non è stata ancora scoperta, del cosiddetto modello standard, ovvero il modello più attendibile che abbiamo a disposizione per descrivere le interazioni fondamentali fra le forze e le particelle presenti nell’Universo, quelle che possiamo vedere; il modello spiega come queste forze entrano in relazione, ad esempio come gli elettroni interagiscono fra di loro e così via. Ma perché questo modello stia in piedi è necessario postulare l’esistenza di questa particella, il bosone di Higgs appunto, che però finora non è stata scoperta, ovvero osservata sperimentalmente”. Bisognerà dunque attendere domani per la conferenza stampa, e soprattutto la pubblicazione e la condivisione con la comunità scientifica dei dati per sapere la forza e soprattutto l’attendibilità della scoperta del Cern: confermare l’esistenza del bosone, ci spiega infatti Vallone, è assolutamente decisivo per confermare anche la validità del modello standard.
MASSA ZERO - “Senza l’esistenza del bosone, tutte le particelle, e dunque l’intera materia dovrebbe avere massa nulla, per effetto della principio della simmetria di gauge. Eppure noi vediamo le particelle, osserviamo la materia e notiamo che ha massa: dunque deve essersi verificata una rottura spontanea di questa simmetria, che ha permesso l’acquisizione della massa da parte della materia. E il bosone è la prova che ci dovrebbe rimanere di questo fenomeno”: un momento, spieghiamoci meglio. Dal Big Bang, ci spiega il professore, non è emersa materia proprio nella qualità, nell’apparenza, nel modo in cui oggi noi la conosciamo, ma sostanzialmente “una grande quantità di energia. Nel momento in cui le energie sono in concentrazioni molto elevate”, dunque nei primordi dell’Universo, “tutte le particelle hanno massa uguale a zero. Progressivamente però, con l’espansione dell’Universo successiva al Big Bang, l’energia diminuisce e interviene il già accennato meccanismo spontaneo di rottura della simmetria”.

IL CAMPO E LA PARTICELLA - Nel vuoto dello spazio, ci spiega Vallone, esiste una sorta di “campo di nulla”, (può sembrare una contraddizione, ma in fisica non lo è): è il campo di Higgs, che mentre l’universo si dilata, e l’energia diminuisce, inizia a collassare: meglio, in termini tecnici, condensare. “Arriva dunque la condensazione del campo di Higgs”, continua Vallone: “Quando il campo di Higgs condensa lascia dietro di sé la sua particella corrispondente, appunto, il bosone di Higgs. Potremmo dunque definire il bosone come una prova “spuria”, un materiale di risulta della condensazione del campo di Higgs” che però conferma, come è intuitivo, l’esistenza del campo, il suo funzionamento, e il suo ruolo nella teoria cosmogenica. Non è dunque propriamente la particella di Higgs a dare massa, è il meccanismo di Higgs, ovvero l’interazione fra le particelle fondamentali – che, all’inizio del tutto, come abbiamo detto, sarebbero state prive di massa – e il campo di Higgs a donare la massa alla materia, la propria consistenza e dunque il proprio peso, e a lasciarsi dietro, di quando in quando, la prova della sua esistenza, la particella di sé stesso: il bosone di Higgs.
ALTA VELOCITA’ - E’ questo che domani, pare, il Cern si appresta ad annunciare, dopo l’annuncio del dicembre dell’anno scorso in cui gli scienziati avevano detto di aver individuato un segnale interessante dagli scontri delle particelle che viaggiano velocissime nell’acceleratore: “Da allora il Cern sta effettuando esperimenti ad un livello energetico maggiore” ci dice Vallone, per la precisione 4 TeV per elettrone secondo Focus: un’energia sufficiente, sperano, a far saltare fuori il bosone di Higgs. ”Sarà interessante vedere”, dice Vallone, ” da quello che i colleghi diranno domani, quante delle caratteristiche che ci dovrebbero essere nel bosone, stando al modello, saranno effettivamente confermate.Ad esempio il modello presuppone che il bosone sia una particella a spin zero; le particelle che conosciamo, tutte, dall’elettrone al protone, hanno spin maggiore di zero, o mezzo spin o spin intero; avere spin zero significa che la particella è sostanzialmente in-trasformabile”, ci dice Vallone, “ovvero se ruoto il sistema di riferimento, non si trasforma”. Un unicum.
E SE… - Domani, vada come vada, per la fisica sarà un grande giorno: con la diffusione dei dati del Cern sarà prima di tutto possibile per la comunità scientifica sottoporli a vaglio critico per verificare se i calcoli, i conti, le teorie siano state ben formulate e dimostrate: “Dobbiamo raggiungere un buon livello di significatività statistica di queste scoperte”, ci dice Vallone, “nella scienza sono i solo i dati a parlare”. Ed è appunto per questione di dati che, invece, domani l’annuncio potrebbe non essere quello che tutti si attendono.
Con i nuovi dati – e con le collisioni degli ultimi mesi – i ricercatori dovrebbero dare l’annuncio della scoperta dell’Higgs soltanto se il segnale registrato ha una significatività di almeno 5 sigma, pari a una probabilità del 99,99994% di essere giusto (o una probabilità di 0,00006% di essere un rumore di fondo).
Il rumore di fondo è l’effetto “normale” di una collisione di elettroni: si è scoperto qualcosa quando si può affermare che un rumore di fondo in realtà non è un rumore di fondo, perché è probabilmente qualcos’altro. Magari, insomma, un bosone di Higgs: “Ultimamente”, spiega ancora Focus, “gli esperimenti ATLAS e CMS hanno registrato molti segnali con probabilità compresa tra 4,5 e 5 sigma”. Sarebbe dunque logico aspettarsi, domani, una conferma. Siamo, dunque, all’alba di uno degli annunci più importanti della fisica moderna; o, come ipotizza Nature, domani il Cern annuncerà di aver trovato una “generica particella sconosciuta” e chiederà più tempo e ulteriori test per confermare l’identificazione del bosone di Higgs; o, ancora, la scoperta sarà confermata, e sarà proprio questo ad aprire nuovi ed inediti scenari? Staremo a vedere.


No, mi dispiace pier, ma che il Bosone di Higgs sia saltato fuori dal nulla non posso accettarlo, perchè nulla salta fuori dal nulla e questo per il più banale ragionamente filosofico.
Per quanto riguarda poi le sue proprietà, che coordinano l'universo dal subatomico all'astronomico ci andrei un pò cauto, aspettiamo ancora un pochino, vediamo di ragionarci meglio sopra.
Altrimenti possiamo quasi dire che abbiamo trovato il padreterno.
Del resto i filosofi si appellano alla famosa obiezione: se c'è Dio chi è che lo ha creato? Ma è un ragionamento che non vale, perchè ci troviamo di fronte ad un principio di infinito, ed un principio di infinito non ha avuto origine, è sempre esistito.
Possiamo dire lo stesso del Bosone di Higgs? Visto che è potenzialmente infinito e coordina tutto, chi può dire che ha avuto un origine? Con il Big-Bang??? E vallo a dimostrare con prove certe, perchè le prove campate in aria non contano. Insomma in futuro potremmo recitare:

In principio Dìo creò il cielo e la terra.

VM: In principio il campo di Higgs creò, per interazione
con se stesso, il punto stazionario instabile sulla cima
e la valle stazionaria stabile sul fondo del potenziale.

- La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano
l'abisso e lo spirito di Dìo aleggiava sulle acque.

VM: Il vuoto che ruppe la simmetria era un mare informe
di radiazione; luce, elettromagnetismo e gli altri bosoni
elettrodeboli erano insieme. E il condensato del campo di
Higgs si mosse sul mare di radiazione.

- Dìo disse: "Sia la luce!". E la luce fu. Dìo vide che
la luce era cosa buona e Dìo separò la luce dalle
tenebre. Dìo chiamò la luce giorno, mentre chiamò le
tenebre notte. E fu sera e fu mattina: giorno primo.

VM: Il campo di Higgs preservò la simmetria per la luce,
che rimase lieve e senza massa.
L'Higgs fu in grado di interagire con la Luce a loop-
level, annullandosi a tree-level e garantendo che il
numero quantico regolante le interazioni con la Luce
fosse un buon numero quantico.
Il condensato di Higgs divise i bosoni di Gauge in non
massivi e massivi; la Luce si separò dal termine Z, che
divenne massivo, elettricamente neutro e quindi oscuro
(almeno a tree-level).


- Dìo disse: "Sia un firmamento in mezzo alle acque per
separare le acque dalle acque". Dìo fece il firmamento e
separò le acque che sono sotto il firmamento dalle acque
che sono sopra il firmamento. E così avvenne. Dìo chiamò
il firmamento cielo. E fu sera e fu mattina: secondo
giorno.

VM: L'Higgs generò masse positive per i fermioni. Per il
principio di esclusione del profeta Pauli, i fermioni
sono solidi e impenetrabili e riuscirono a separare
regioni riempite con indefinito numero di bosoni.
E il campo di Higgs generò i fermioni massivi, separando
la componente UP, i top-quark e i leptoni carichi, da
quella DOWN, i down-quark e i neutrini. E la simmetria
che parificava le due componenti fu d'un tratto rotta.
L'Higgs creò i quark, i leptoni e i neutrini. E per
l'esistenza di molti di loro fu necessaria una seconda
quantizzazione.


AMEN.
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