La scoperta del campo energetico di Higgs

Il campo di Higgs è il campo teorico dell'energia che permea l'universo, secondo la teoria proposta nel 1964 dal fisico teorico scozzese Peter Higgs. Higgs suggerì il campo come una possibile spiegazione di come le particelle fondamentali dell'universo arrivassero ad avere massa, perché negli anni '60 il Modello Standard della fisica quantistica in realtà non poteva spiegare il motivo della massa stessa. Ha proposto che questo campo esistesse in tutto lo spazio e che le particelle abbiano guadagnato la loro massa interagendo con esso.

Scoperta del campo di Higgs

Sebbene inizialmente non vi fosse alcuna conferma sperimentale per la teoria, nel corso del tempo è stata vista come l'unica spiegazione per la massa ampiamente considerata coerente con il resto del Modello standard. Per quanto strano potesse sembrare, il meccanismo di Higgs (come talvolta veniva chiamato il campo di Higgs) era generalmente ampiamente accettato dai fisici, insieme al resto del Modello Standard.

Una conseguenza della teoria era che il campo di Higgs poteva manifestarsi come una particella, molto nel modo in cui altri campi della fisica quantistica si manifestano come particelle. Questa particella si chiama bosone di Higgs. Rilevare il bosone di Higgs è diventato uno dei principali obiettivi della fisica sperimentale, ma il problema è che la teoria non ha effettivamente previsto la massa del bosone di Higgs. Se hai causato collisioni di particelle in un acceleratore di particelle con energia sufficiente, il bosone di Higgs dovrebbe manifestarsi, ma senza conoscere la massa che stavano cercando, i fisici non erano sicuri di quanta energia avrebbe bisogno per andare nelle collisioni.

Una delle speranze di guida era che il Large Hadron Collider (LHC) avrebbe avuto energia sufficiente per generare sperimentalmente i bosoni di Higgs poiché era più potente di qualsiasi altro acceleratore di particelle che era stato costruito in precedenza. Il 4 luglio 2012, i fisici dell'LHC hanno annunciato di aver trovato risultati sperimentali coerenti con il bosone di Higgs, sebbene siano necessarie ulteriori osservazioni per confermarlo e per determinare le varie proprietà fisiche del bosone di Higgs. Le prove a sostegno di questo sono cresciute, nella misura in cui il Premio Nobel 2013 per la fisica è stato assegnato a Peter Higgs e Francois Englert. Poiché i fisici determinano le proprietà del bosone di Higgs, ciò li aiuterà a comprendere meglio le proprietà fisiche del campo di Higgs stesso.

Brian Greene sul campo di Higgs

Una delle migliori spiegazioni del campo di Higgs è questa di Brian Greene, presentata nell'episodio del 9 luglio di PBS Spettacolo di Charlie Rose, quando apparve sul programma con il fisico sperimentale Michael Tufts per discutere della scoperta annunciata del bosone di Higgs:

La massa è la resistenza che un oggetto offre alla sua velocità cambiata. Prendi una palla da baseball. Quando lo lanci, il tuo braccio sente resistenza. Un tiro a segno, senti quella resistenza. Allo stesso modo per le particelle. Da dove viene la resistenza? E fu avanzata la teoria che forse lo spazio era pieno di una "roba" invisibile, una "roba" invisibile simile alla melassa, e quando le particelle provano a muoversi attraverso la melassa, avvertono una resistenza, una viscosità. È quella viscosità da cui proviene la loro massa ... Che crea la massa ...

... è una roba invisibile inafferrabile. Non lo vedi Devi trovare un modo per accedervi. E la proposta, che ora sembra dare i suoi frutti, è se sbatti insieme i protoni, altre particelle, a velocità molto, molto alte, che è ciò che accade al Large Hadron Collider ... puoi sbattere insieme le particelle a velocità molto elevate, puoi a volte dondolano la melassa e altre volte espellono un piccolo granello di melassa, che sarebbe una particella di Higgs. Quindi le persone hanno cercato quel piccolo granello di una particella e ora sembra che sia stato trovato.

Il futuro del campo di Higgs

Se i risultati del LHC si diffondono, quando determiniamo la natura del campo di Higgs, avremo un quadro più completo di come la fisica quantistica si manifesta nel nostro universo. In particolare, acquisiremo una migliore comprensione della massa, che a sua volta potrebbe darci una migliore comprensione della gravità. Attualmente, il Modello standard della fisica quantistica non tiene conto della gravità (sebbene spieghi completamente le altre forze fondamentali della fisica). Questa guida sperimentale può aiutare i fisici teorici ad affinare una teoria della gravità quantistica che si applica al nostro universo.

Può anche aiutare i fisici a comprendere la materia misteriosa nel nostro universo, chiamata materia oscura, che non può essere osservata se non attraverso l'influenza gravitazionale. O, potenzialmente, una maggiore comprensione del campo di Higgs può fornire alcune intuizioni sulla gravità repulsiva dimostrata dall'energia oscura che sembra permeare il nostro universo osservabile.