sabato 29 dicembre 2012

L'universo primordiale oltre la teoria dell'inflazione

L'universo primordiale oltre la teoria dell'inflazione:
L'applicazione della teoria quantistica a loop ai primi istanti dell’universo sembra superare le difficoltà del modello inflazionario secondo cui il cosmo si sarebbe espanso di diversi ordini di grandezza in brevissimo tempo, trovando una “firma caratteristica” della gravità quantistica che potrebbe essere rilevata con osservazioni cosmologiche...

domenica 23 dicembre 2012

Bosone di Higgs, i conti non tornano

Bosone di Higgs, i conti non tornano:
Quanto pesa il bosone di Higgs, l'ormai arcinota particella di Dio? Dal 4 luglio, giorno dell'annuncio della sua scoperta (o della scoperta di una particella che gli somiglia moltissimo), i fisici del Large Hadron Collider (Lhc), il grande acceleratore di Ginevra, hanno studiato in lungo e in largo le sue proprietà e caratteristiche. Sostanzialmente, l'obiettivo è quello di capire se l'Higgs si comporta esattamente come previsto dal Modello standard, la teoria che spiega le interazioni di tutte le particelle e le forze finora conosciute. E una delle informazioni più interessanti riguarda, per l'appunto, la sua massa: secondo gli ultimi dati presentati dai ricercatori lo scorso 13 dicembre, due misurazioni indipendenti avrebbero evidenziato valori che differiscono di circa tre Gigaelettronvolt (GeV). Un risultato un po' strano, perché il bosone dovrebbe avere una massa unica e univocamente identificabile.

Vediamo come si fa a pesare l'Higgs. Gli scienziati fanno collidere protoni ad altissime velocità nel Lhc e studiano i prodotti dell'urto per inferirne le proprietà: tra questi compaiono (molto raramente, a dire il vero) alcuni Higgs, che poi decadono immediatamente in altre particelle. Lhc è in grado di rivelare la presenza del bosone in due modi diversi: un canale di decadimento produce due fotoni, mentre l'altro crea quattro particelle note come leptoni. Sono stati questi due percorsi a fornire dati distinti per la massa: 126,6 GeV per il canale a due fotoni e 123,5 GeV per il canale a quattro leptoni.

“Stiamo osservando una piccola differenza nelle masse misurate”, ammette Beate Heinemann, fisico della University of California Berkeley che attualmente lavora ad Atlas, uno degli esperimenti di Lhc a caccia dell'Higgs. “Diciamo che i valori sono compatibili ma non compatibilissimi”. La discrepanza, in realtà, era già nota in precedenza, ma gli scienziati supponevano che fosse dovuta a qualche problema di cattiva calibrazione tra gli strumenti. Eppure, anche dopo la taratura e l'analisi dei nuovi dati, la differenza è rimasta.

Subito dopo l'annuncio, alcuni blogger si sono scatenati per proporre una spiegazione, notando che una possibilità potrebbe essere quella di due bosoni leggermente diversi tra loro. Si tratterebbe di una scoperta inattesa e davvero bizzarra: più realisticamente, è invece probabile che si tratti di un errore statistico. Heinemann, infatti, sostiene che il decadimento a quattro canali è stato osservato solo per dieci bosoni, mentre quello a due canali per circa cinquecento particelle. Numeri molto bassi: i fisici, in genere, hanno bisogno di osservare lo stesso risultato per migliaia o milioni di eventi prima di essere sicuri che non si tratti di una pura coincidenza statistica: “La spiegazione che resta più probabile”, conclude Heinemann, “è che si tratti della stessa particella”. Per sciogliere, forse una volta per tutte, la riserva, non resta che aspettare la presentazione dei nuovi dati, prevista per marzo 2013,  in occasione della conferenza di Moriond.
Via: Wired.it
Credits immagine: naezmi/Flickr

lunedì 17 dicembre 2012

Le costanti fisiche fondamentali sono veramente costanti?

Le costanti fisiche fondamentali sono veramente costanti?:
L'osservazione delle righe spettrali del metanolo, un alcool molto diffuso nell'universo, in una sorgente radio distante ha permesso di porre un limite molto stringente alla variazione di una costante fisica fondamentale, il rapporto tra la massa del protone e quella dell'elettrone. Il risultato rappresenta un punto di arrivo cruciale per tutte le ricerche sulla possibilità che le costanti possano subire variazioni anche minime su scale temporali cosmologiche...

venerdì 14 dicembre 2012

Dal cosmo profondo un limite
alla violazione di CPT

Dal cosmo profondo un limite <br>alla violazione di CPT:

L’osservazione di tre lampi raggi gamma condotta con la sonda spaziale giapponese Ikaros ha confermato con grande accuratezza la validità della simmetria CPT, considerata una caratteristica intrinseca della realtà, alle scale dimensionali più piccole. L'analisi dei dati registrati dalla sonda non ha rilevato alcuna traccia di rotazione della polarizzazione della luce, fenomeno che si dovrebbe osservare invece se la simmetria fosse violata...

giovedì 6 dicembre 2012

Supersimmetria in crisi senza riscontri sperimentali

Supersimmetria in crisi senza riscontri sperimentali:
I risultati del Large Hadron Collider hanno confermato le previsioni del modello standard della fisica delle particelle, tagliando però le gambe alla supersimmetria. I tempi sono ...

giovedì 29 novembre 2012

LHC: Dati Sorprendenti Suggeriscono che le Collisioni Potrebbero Produrre un Nuovo Tipo di Materia!

LHC: Dati Sorprendenti Suggeriscono che le Collisioni Potrebbero Produrre un Nuovo Tipo di Materia!: Continuano intensamente gli esperimenti e le collisioni al LHC (Large Hadron Collider) e dall'ultimo esame dei dati, è venuto fuori un comportamento molto sorprendente da parte di alcune particelle create durante le collisioni. Questa nuova osservazione suggerisce che all'interno dell'acceleratore, potrebbe essere stato prodotto un nuovo tipo di materia conosciuto come "color-glass condensate". In pratica, [...]

INFN: L'Istituto nazionale di fisica nucleare rivede il suo progetto bandiera

INFN: L'Istituto nazionale di fisica nucleare rivede il suo progetto bandiera:
Comunicato stampa - Le condizioni economiche del paese e i limiti previsti dal Piano Nazionale per la ricerca sono incompatibili con i costi del progetto SuperB dell'INFN valutati da una commissione internazionale nominata dal MIUR ...

venerdì 23 novembre 2012

La freccia del tempo nel mondo dei quanti

La freccia del tempo nel mondo dei quanti:
Nel mondo microscopico, avvengono processi che violano l'invarianza per inversione temporale. Lo ha dimostrato una misurazione diretta sul decadimento dei mesoni B condotta presso ...

martedì 6 novembre 2012

Un nuovo approccio per conciliare meccanica quantistica e gravità

Un nuovo approccio per conciliare meccanica quantistica e gravità:
In un articolo postato su ArXiV, il premio Nobel per la fisica Frank Wilczek propone un nuovo approccio teorico per comprendere il comportamento di una particella quantistica nel campo gravitazionale estremamente intenso di un buco nero. Il modello, sorprendentemente, utilizza un formalismo matematico da corso universitario...

mercoledì 24 ottobre 2012

INFN: Un quasar troppo energetico, una nuova particella elementare potrebbe risolverne l'enigma

INFN: Un quasar troppo energetico, una nuova particella elementare potrebbe risolverne l'enigma:
Comunicato stampa - I telescopi Magic hanno osservato un quasar emettere fotoni di altissima energia in modo anomalo e non spiegabile dalle attuali teorie. I ricercatori di INAF, INFN e ...

mercoledì 10 ottobre 2012

Fisica: i Nobel del 2012 

Fisica: i Nobel del 2012 :
Il premio è stato assegnato a Serge Haroche e David J. Wineland ( foto ) "per i loro innovativi metodi sperimentali che permettono la misurazione e la manipolazione di ...

giovedì 27 settembre 2012

Futuro Open-Access Per le Pubblicazioni Scientifiche di Fisica delle Particelle

Futuro Open-Access Per le Pubblicazioni Scientifiche di Fisica delle Particelle: L'intero campo della fisica delle particelle sta per effettuare uno storico passaggio alla pubblicazione open-access, una pietra miliare importante sulla strada per rendere i risultati delle ricerche gratuitamente disponibili per tutti gli lettori del mondo. Per la verità, rispetto agli altri campi, il mondo della fisica delle particelle è già molto aperto in questo senso, [...]

sabato 15 settembre 2012

UNA NUOVA PAGINA DI FISICA A LHC

UNA NUOVA PAGINA DI FISICA A LHC:
Per la prima volta, nella notte tra il 13 e il 14 settembre, al Large Hadron Collider sono state effettuate collisioni di protoni con ioni di piombo. Si tratta, commenta Paolo Giubellino, spokesperson dell’esperimento ALICE “dell’ apertura di una nuova pagina di fisica a LHC”. Si tratta anche di una sfida tecnologica importante perché, per poter circolare nella stessa macchina, il fascio di protoni e quello di nuclei devono essere a energie diverse, poiché i nuclei sono fatti non solo di protoni ma anche di neutroni. Queste differenze hanno generato instabilità negli altri collider in cui è stato provato un esperimento simile, mentre, come dice Giubellino, “LHC si è dimostrato una macchina di grande flessibilità. Siamo entusiasti dei risultati di questi prime collisioni, che sono uno strumento indispensabile per capire la struttura dei nuclei e quindi interpretare i dati sul quark gluon plasma, e siamo molto impazienti di studiarle in un percorso dedicato previsto per il mese di gennaio”.

martedì 4 settembre 2012

Come fare ricerca dopo il bosone di Higgs

Come fare ricerca dopo il bosone di Higgs:
Son passati due mesi da quel 4 luglio, giorno in cui Fabiola Giannotti annunciava dal Cern di Ginevra la scoperta del bosone di Higgs (sempre che si riveli tale). Ben lungi da essere un punto di arrivo, la scoperta effettuata grazie al Large Hadron Collider (Lhc), il più grande acceleratore di particelle del mondo, lascia spazio a numerose domande alle quali i ricercatori devono ora trovare risposta. E non è detto, come spiega Nature, che abbiano a disposizione gli strumenti necessari per riuscirci.

Cosa può fare ancora Lhc 
Per rispondere ad alcune di queste domande si può ancora fare affidamento su Lhc. Per esempio, l'acceleratore di Ginevra può aiutare i fisici a capire se il bosone individuato è proprio la particella di dio descritta dal Modello Standard (teoria che spiega il comportamento delle particelle elementari dell'Universo visibile e alcune delle forze grazie alle quali esse interagiscono), o se invece è una particella molto più complessa: uno dei vari, ipotetici, bosoni di Higgs.

Per cominciare, l'enorme macchina che ruggisce nel sottosuolo svizzero potrebbe permettere di determinare lo  spin della nuova particella. Secondo quanto predetto da Peter Higgs e dai fisici teorici, il campo di Higgs è scalare: le sue proprietà, cioè, non dipendono dalla direzione. Se è così, allora lo spin del bosone deve essere zero. Come misurarlo? Dal momento che di un bosone stiamo parlando, per ora i fisici possono solo inferire che questo valore sarà un numero intero e che i due fotoni in cui decade la particella non potranno avere uno spin di valore uno.

Il Large Hadron Collider potrebbe anche confermare le previsioni del Modello Standard in merito all'interazione tra il bosone e un altro tipo di particelle elementari, i fermioni: quark leptoni (elettroni, muoni e tauoni). L'interazione con ognuna di queste dovrebbe essere direttamente proporzionale alla loro massa, anche perché, secondo il modello, è proprio questa interazione con l'Higgs che conferisce la massa alle particelle.

Per ora, dicono dal Cern, le interazioni di questo nuovo bosone con le altre particelle confermano le predizioni con un'incertezza pari al 30-40 per cento. Questa diminuirà al 20 per cento entro la fine dell'anno e potrebbe scendere ancora nei prossimi 10-15 anni; tuttavia, non arriverà mai all'1 per cento (né, tanto meno, a quello 0,1% che desidererebbero gli scienziati). Altra cosa che difficilmente potrà fare l'Lhc è permettere di studiare l'interazione tra due bosoni di Higgs.

In cerca di alternative 
I limiti dell'acceleratore stanno spingendo gli scienziati a cercare fabbriche di Higgs alternative dove studiare questa nuova classe di particelle. Alcune saranno vagliate dagli esperti che parteciperanno all'European Strategy for Particle Physics Workshop di Cracovia, in Polonia, dal 10 al 12 settembre, e dai loro colleghi statunitensi il prossimo giugno, durante un meeting a Snowmass, in Colorado.

Una delle proposte più popolari è quella di collisori di leptoni. Infatti, poiché queste particelle interagiscono attraverso forze deboli, le loro collisioni possono essere predisposte per ottenere particelle di particolare massa, e producono un insieme di prodotti che sarebbe molto semplice da studiare e interpretare.

Di questa categoria fa parte un collisore ancora in via di ideazione che viene chiamato Lep 3 in onore del Lep, il Large Electron-Positron Collider che era ospitato dal tunnel di Lhc prima che questo venisse costruito. A suo favore gioca il fatto che potrebbe essere costruito accanto a Lhc, nello stesso tunnel, e che quindi potrebbe sfruttare alcune delle infrastrutture già presenti. In questo modo i costi per la sua realizzazione scenderebbero notevolmente, arrivando a circa 1-2 miliardi di dollari, contro gli oltre sei miliardi di Lhc. Il Lep 3 sarebbe perfetto per studiare l'Higgs, ma le sue basse energie non permetterebbero di produrre e studiare particelle più pesanti come quelle previste dalla teoria della supersimmetria.

Un'altra alternativa è un collisore di muoni, particelle che hanno una massa pari a 207 volte quella degli elettroni. Questo sarebbe molto più piccolo dell'eventuale LeP 3, con una circonferenza di appena 1,5 chilometri, e potrebbe produrre decide di migliaia di bosoni di Higgs usando un'energia molto bassa. Tuttavia, i muoni decadono in elettroni e neutrini in appena 2,2 nanosecondi, un tempo troppo piccolo per tutte le procedure che sarebbero necessarie.

Soluzione completamente diversa, ma in uno stadio di progettazione molto più avanzato, è quella di uncollisore lineare elettroni-positroni, come l'International Linear Collider (Ilc). Al progetto lavora da tempo un consorzio internazionale di fisici. Per ora il costo previsto è di 6,7 miliardi di dollari. Suo rivale diretto nel campo degli acceleratori lineari è il Clic, il Compact Linear Collider sponsorizzato dal Cern, che al momento, però, esiste solo in forma di concept. Entrambi hanno i loro vantaggi, motivo per cui l'International Commitee for Future Acceleratore, di base al Fermilab di Batavia (Usa), sta esaminando una possibile fusione di questi due progetti in uno nuovo di zecca; ci sarà una proposta definitiva entro il 2015.

Ma dove costruire un eventuale nuovo acceleratore? 
Se un acceleratore lineare dovesse risultare l'alternativa più desiderabile per lo studio di Higgs e di altre particelle che seguiranno, prima di poter precedere con i lavori di costruzione bisognerebbe stabilire dove costruirlo. L' Europa sembra da escludersi: "La priorità più alta che emergerà dal workshop europeo sarà quella di sfruttare al massimo il potenziale di Lhc e di procedere con i suoi upgrading", conferma John Womersley, del Science and Tecnologiy Facilities Council britannico.

Improbabile anche un'ospitalità statunitense. Dopo la chiusura del Tevatron lo scorso settembre, gli States hanno abbandonato la frontiera delle alte energie a favore di quella delle alte intensità e nei prossimi anni si dedicheranno allo studio delle particelle rare e delle interazioni elusive, come quelle tra fasci intensi di neutrini.

La location più probabile sembra invece il Giappone che, del resto, ha contribuito in maniera significativa al finanziamento di Lhc ed è pronto a vedersi restituito il favore. Il Premier giapponese, lo scorso dicembre, ha dato una valutazione positiva dell'ILC, e potrebbe spingere per un finanziamento extra da parte del governo se questo progetto contribuisse alla riqualificazione della zona devastata dallo tsunami del marzo 2011. L'idea sarebbe quella di realizzare in quell'area una città internazionale costituita da laboratori di ricerca, zone industriali e università. Così ci sarebbe un Lhc dedito all'esplorazione delle alte energie in Europa, diversi centri focalizzati sullo studio dei neutrini negli Stati Uniti e un nuovo collisore di leptoni in Giappone. Un panorama ideale per il futuro della fisica delle particelle.
via wired.it
Credit immagine a Image Editor

sabato 18 agosto 2012

Da LHC uno sguardo alla "zuppa primordiale" di particelle

Da LHC uno sguardo alla "zuppa primordiale" di particelle:
Il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra non è dedicato solo alla ricerca del bosone di Higgs: dallo studio delle collisioni di ioni pesanti vengono importanti indicazioni per la ...

lunedì 23 luglio 2012

Il "cinque sigma", questo sconosciuto

Il "cinque sigma", questo sconosciuto:
Annunciando gli ultimi risultati della caccia al bosone di Higgs, i ricercatori del CERN di Ginevra hanno citato più volte un misterioso livello di probabilità, chiamato ...

martedì 10 luglio 2012

Certezze e dubbi sul bosone di Higgs

Certezze e dubbi sul bosone di Higgs:
“No, non può ripetersi la delusione dei neutrini superluminari. Qui la scoperta c’è. Abbiamo trovato una nuova particella, mai vista prima, questo è certo. Non ci potranno essere smentite”. Sono le parole di Fabiola Gianotti, la ricercatrice a capo di uno dei due esperimenti al Cern che hanno portato all'annuncio dello scorso 4 luglio sul bosone di Higgsintervistata da Wired.it (vedi Galileo, E' ufficiale: ecco il bosone di Higgs). Che aggiungeva, però: “Ora si tratta solo di capire se è il bosone standard o se la faccenda è più complicata”. Ma, esattamente, cosa si sa e cosa no sull'identità della famigerata particella? New Scientist lo spiega in una sorta di vademecum.

È un bosone 
Quella appena scoperta è una particella elementare. Questi mattoncini della materia sono raggruppati in due grandi famiglie: i fermioni – divisi, a loro volta, in quark e leptoni (con i neutrini, gli elettroni, i muoni e tauoni) – e i bosoni, che contano tra le loro fila i fotoni, il bosone W e Z (la cui scoperta è valsa il Premio Nobel a Carlo Rubbia e a Simon van der Meer, nel 1984). La nuova arrivata è di certo di questo ultimo tipo. Il motivo? Tra le varie "cose" che si producono quando decade, ci sono coppie di fotoni ad alta energia (raggi gamma), e questa è una proprietà che solo i bosoni hanno.

È compatibile con l'Higgs 
Quanto siamo certi che sia proprio la particella a lungo cercata? Difficile rispondere. L'unica cosa che si può dire con certezza è che questa particella è compatibile con l'Higgs secondo quanto previsto dal Modello Standard. Non ci sono motivi, al momento, per sospettare che sia qualcosa di diverso. Però potrebbero anche esistere molti tipi diversi di bosone di Higgs.

Gli indizi 
Come spiegano i ricercatori del Cern, alcune proprietà collimano con le predizioni del modello teorico: il punto (i canali) in cui è stato osservato e la massa, suggerita anche da altre misure indirette. Nei prossimi mesi i gruppi di lavoro dell'Lhc cercheranno di chiarire se questo è davvero il bosone di Higgs, se è una prima particella di una grande famiglia o se si tratti di qualcosa di completamente diverso.

Verso la prima prova che sia davvero l'Higgs 
Per la fine dell'anno si dovrebbero avere le prime prove che alcune sue caratteristiche sono le stesse attese per il bosone di Higgs. Per prima cosa si cercherà di determinare il suo spin. Secondo quanto predetto da Peter Higgs e dai fisici teorici, infatti, il campo di Higgs è scalare: le sue proprietà, cioè, non dipendono dalla direzione. Se è così, allora lo spin del bosone deve essere zero. Come misurarlo? Dal momento che di un bosone stiamo parlando, per ora i fisici possono solo inferire che questo valore sarà un numero intero e che i due fotoni in cui decade la particella non potranno avere uno spin di valore 1.

Come è fatto questo bosone 
È possibile che il bosone di Higgs non sia esattamente come i ricercatori se lo erano immaginato (vedi Galileo, Il giorno della verità per il bosone di Higgs). Come sottolineava sempre Gianotti, è presto per trarre conclusioni. Ci potrebbero essere scenari diversi, al di là del Modello Standard, come quelli previsti dalla teoria della supersimmetria, o versioni estese dello stesso Modello Standard che cercano una spiegazione anche alla materia oscura.

Lo ha ricordato anche Guido Martinelli, fisico teorico e direttore della Scuola superiore di studi avanzati (Sissa) di Trieste: “Il problema è che il Modello Standard non permette di dare risposte a domande come: cos’è la materia oscura? Qual è il rapporto tra materia e antimateria? Negli anni sono state sviluppate teorie alternative, in grado di rispondere meglio ai diversi problemi. Ma, in quei casi, le particelle mancanti sarebbero molte di più e finora gli esperimenti non hanno trovato niente. È possibile che questa nuova particella faccia in realtà parte di un Modello Standard esteso. Questo però lo potremo sapere solo continuando a fare ricerca sia da un punto di vista sperimentale che teorico”.
via wired.it
Credit immagine: Infn

mercoledì 4 luglio 2012

Un bosone c'è: è quello di Higgs?

Un bosone c'è: è quello di Higgs?: Questa mattina, con un seminario e una conferenza stampa che nelle settimane passate sono state oggetto di grande attesa e di molte speculazioni (e che si possono vedere integralmente qui), gli scienziati del CERN che lavorano all'esperimento LHC hanno annunciato gli ultimi risultati a proposito della ricerca del bosone di Higgs. La sintesi è che i due esperimenti ATLAS e CMS hanno scoperto indipendentemente una nuova particella con caratteristiche compatibili con quelle che ci si aspetta per il bosone di Higgs (qui c'è il comunicato stampa ufficiale del CERN: notate la cautela con cui non si afferma esplicitamente che il bosone trovato sia proprio quel bosone). Nei prossimi giorni gli addetti ai lavori si addentreranno negli aspetti tecnici della questione, discutendo di significatività statistica, delle conseguenze per i modelli teorici, e dei nuovi fronti che si aprono nella ricerca fondamentale. Soprattutto, ATLAS e CMS continueranno a prendere dati e le migliaia di ricercatori che lavorano a quegli esperimenti continueranno ad analizzarli, per chiarire se il nuovo bosone è proprio il bosone di Higgs e non qualche altra particella ancora più strana (cosa che forse sarebbe ancora più interessante).




Ma diciamo la verità: a questo punto è estremamente probabile che, a meno di enormi sorprese, il 4 luglio 2012 sarà ricordato semplicemente come il giorno in cui tutto il mondo ha guardato per la prima volta in faccia il bosone di Higgs (e le lacrime di Peter Higgs, presente all'annuncio nell'auditorium del CERN, sono la manifestazione eclatante di questa sensazione diffusa).



In ogni caso, può essere utile un ripasso per capire perché i fisici si dannano da decenni per raccogliere le prove dell'esistenza di questa particella.



Perché c’è bisogno del bosone di Higgs?



I fisici tentano da decenni di sviluppare un modello teorico che consenta di descrivere le quattro interazioni esistenti in natura (quella elettromagnetica, la nucleare forte e la nucleare debole, e la gravità) come aspetti di un’unica interazione fondamentale. Il primo passo in questa direzione, compiuto negli anni Sessanta del XX secolo - principalmente grazie al lavoro di Sheldon Glashow, Steven Weinberg e Abdus Salam - è stata la messa a punto del cosiddetto modello elettrodebole, che, come dice il nome, è in grado di descrivere congiuntamente l’interazione elettromagnetica e quella nucleare debole.



Tuttavia, il modello elettrodebole originale aveva un problema: non riusciva a spiegare perché le particelle che esistono in natura abbiano una massa. In particolare, i bosoni W e Z (le particelle che “comunicano” l’interazione elettrodebole, così come il fotone “comunica” l’interazione elettromagnetica) risultavano privi di massa nel modello teorico. Nel mondo reale, invece, i bosoni W e Z hanno una massa molto grande: al contrario dei fotoni (privi di massa e in grado quindi di viaggiare alla velocità della luce), i bosoni W e Z riescono perciò a comunicare l'interazione debole solo a distanze brevissime. Anche le altre particelle elementari del modello standard – come l’elettrone o i quark – hanno una massa, e molto diversa fra loro. Da dove nasce?



La soluzione proposta per completare il modello elettrodebole e spiegare l’origine della massa delle particelle si basa sul lavoro teorico svolto indipendentemente, negli anni Sessanta, da Peter Higgs, da François Englert con Robert Brout e da Gerald Guralnik con C. R. Hagen e Tom Kibble. Il meccanismo risultante (che viene comunemente indicato con il nome del solo Higgs), si basa sull’idea di rottura spontanea di simmetria.



La rottura spontanea di simmetria



Il concetto di rottura di simmetria può essere compreso con un’analogia. Prendiamo una sottile barra cilindrica di metallo, è poggiamola in verticale su una superficie dura. Se ora ruotiamo la barra intorno al suo asse verticale, non notiamo nessun cambiamento: il sistema è perfettamente simmetrico rispetto a queste rotazioni. Ora, iniziamo ad applicare una pressione dall’alto verso il basso sull’estremità superiore della barra. Dapprima non succederà nulla, ma appena la pressione sarà abbastanza grande (superando un valore critico che dipende dalle caratteristiche fisiche del sistema) la barra improvvisamente si incurverà. Non possiamo prevedere verso quale delle infinite direzioni possibili si creerà la gobba. Quello che sappiamo, però, è che questa nuova configurazione del sistema non è più simmetrica rispetto alle rotazioni intorno all’asse verticale. Se infatti ora facciamo ruotare la barra curva, alteriamo la direzione verso cui punta la gobba e cambiamo le condizioni del sistema. La simmetria iniziale si è rotta.



La rottura spontanea di simmetria si presenta molte volte in natura, in contesti diversi, ma il meccanismo è simile a quello dell’esempio precedente. Dapprima un sistema fisico si trova in uno stato di minima energia ad alta simmetria. Quando qualche parametro esterno al sistema viene alterato (ad esempio la temperatura), il sistema passa improvvisamente in un nuovo stato di minima energia, che non ha più la simmetria iniziale.



Questo è esattamente ciò che avviene secondo il modello elettrodebole: alle altissime temperature presenti nell’universo subito dopo il big bang l’interazione elettromagnetica e quella nucleare debole erano unificate: al diminuire dell’energia, nel corso della successiva espansione dell’universo, la simmetria si è rotta spontaneamente, e le due interazioni si sono separate.



Il bosone di Higgs e l'origine della massa



Torniamo al problema dell’origine della massa. La modifica al modello elettrodebole proposta da Salam e Weinberg, e basata sul meccanismo di Higgs, prevede l’introduzione di un nuovo campo fondamentale che pervade tutto lo spazio: il campo di Higgs, a cui è associata una nuova particella, il bosone di Higgs (un po’ come al campo elettromagnetico è associato il fotone). È proprio il campo di Higgs a fornire la chiave per la rottura di simmetria dell’interazione elettrodebole e a spiegare perché le particelle hanno massa. Ad alte energie (come quelle presenti nell’universo primordiale) il campo di Higgs è simmetrico, l’interazione elettromagnetica e quella debole sono unificate, e tanto i bosoni W e Z che il fotone sono privi di massa. A basse energie (come quelle dell’universo attuale) non soltanto l’interazione elettromagnetica e l’interazione debole appaiono distinte, ma si altera anche la simmetria del campo di Higgs: ed è così, attraverso l’interazione con il campo di Higgs non più simmetrico, che i bosoni W e Z acquistano una massa, mentre il fotone ne resta privo.



Il meccanismo permette, in questo modo, di prevedere teoricamente la massa dei bosoni W e Z. In effetti, è possibile spiegare l’origine della massa di tutte le particelle elementari del modello standard attraverso la loro diversa interazione con il campo di Higgs. Un’analogia usata comunemente per rappresentare questa interazione è quella di immaginare palline di diversa grandezza e velocità che attraversano un fluido molto vischioso (come della melassa): il fluido si appiccica in modo diverso alle varie palline, rallentandole in misura maggiore o minore. Se il campo di Higgs non ci fosse, l’universo sarebbe fatto di particelle senza massa in moto alla velocità della luce!



Com'è fatto il bosone di Higgs?



Secondo la teoria, il bosone di Higgs deve essere privo di carica elettrica e di spin, ma la sua massa non può essere prevista in modo univoco. Restando nell’ambito del modello standard sono possibili diversi valori di massa, ma esistono anche estensioni del modello standard in grado di fare previsioni in un intervallo ancora più ampio. Bisogna quindi ricorrere agli esperimenti per misurare la massa del bosone e ottenere indizi sul modello teorico.



L’osservazione diretta del bosone di Higgs è però resa difficile dalla grande energia richiesta per la sua produzione negli acceleratori di particelle, e dal fatto che esso non esiste stabilmente per lunghi intervalli di tempo dal momento della sua creazione.



I risultati degli esperimenti ATLAS e CMS condotti al CERN, nell'acceleratore LHC, e annunciati questa mattina, mostrano che la nuova particella che potrebbe essere proprio il bosone di Higgs ha una massa di circa 125 GeV (per confronto, un protone ha una massa di circa 1 GeV, oltre cento volte più piccola).

martedì 3 luglio 2012

Fermilab: Scienziati del Tevatron Annunciano i Propri Risultati Finali Riguardo Al Bosone di Higgs

Fermilab: Scienziati del Tevatron Annunciano i Propri Risultati Finali Riguardo Al Bosone di Higgs:
Dopo più di 10 anni di raccolta e analisi dei dati prodotti con l'acceleratore di particelle Tevatron, gli scienziati degli esperimenti CDF e DZero, due delle principali collaborazioni che hanno lavorato alla ricerca del Higgs, annunciano di aver scoperto l'indizio più forte riguardo alla presenza del bosone ormai famosissimo. Analizzando fino all'ultimo bit di informazione delle oltre 500 trilioni di collisioni prodotte al Tevatron per ogni esperimento dal Marzo 2001, l'analisi finale dei dati non stabilisce con certezza se la particella esiste, ma da degli indizi importanti per avvicinarsi alla risposta. Gli scienziati hanno svelato i loro risultati ieri, 2 Luglio, due giorni prima della conferenza che in Europa mostrerà i risultati ottenuti dal CERN usando il LHC.


"Gli esperimenti del Tevatron hanno raggiunto gli obbiettivi che ci eravamo prefissati con questo set di dati." ha spiegato Rob Roser, coportavoce per l'esperimento CDF, del Fermilab. "I nostri dati indicano fortemente l'esistenza del bosone di Higgs, ma serviranno anche i risultati degli esperimenti del LHC in Europa per stabilire se c'è davvero la scoperta." [...]

mercoledì 27 giugno 2012

Elettroni pesanti? Tutta colpa dell'entanglement

Elettroni pesanti? Tutta colpa dell'entanglement:

Una raffinata metodica di microscopia elettronica ha permesso di osservare il comportamento degli elettroni nei ...

venerdì 15 giugno 2012

Materia oscura: uno sguardo a un livello più profondo della realtà?

Materia oscura: uno sguardo a un livello più profondo della realtà?:

I fisici teorici che cercano una teoria di unificazione della fisica si trovano di fronte un ostacolo apparentemente insuperabile: le due teorie che vorrebbero unificare,  teoria ...

venerdì 8 giugno 2012

Il decadimento che non c'è e la massa del neutrino 

Il decadimento che non c'è e la massa del neutrino :

Un enigmatico processo di decadimento del neutrone, il “doppio decadimento beta senza neutrini”, di cui anni fa sembrava che fossero state ...

giovedì 7 giugno 2012

Confermata l'esistenza degli elusivi neutrini mutanti

Confermata l'esistenza degli elusivi neutrini mutanti:

Per la seconda volta è stata osservata la trasformazione spontanea di neutrini muonici in neutrini tau. Il fenomeno, rilevato come il precedente al Laboratorio Nazionale del ...

mercoledì 30 maggio 2012

Project X: Scienziati del Fermilab Revisionano i Piani per la Costruzione del Nuovo Acceleratore di Particelle

Project X: Scienziati del Fermilab Revisionano i Piani per la Costruzione del Nuovo Acceleratore di Particelle: Come ricorderete, l'anno scorso il Fermilab ha visto chiudere il suo leggendario acceleratore di particelle: il Tevatron. Ma questo non significa che gli scienziati sono rimasti con le mani in mano da allora! Si fanno strada sempre più concretamente i piani per la costruzione di nuove strutture per il futuro del laboratorio e più importante [...]

mercoledì 16 maggio 2012

Cabibbolab: Un super laser per SuperB

Cabibbolab: Un super laser per SuperB:
Il progetto dell’acceleratore SuperB, che sarà realizzato entro cinque anni nell’area di Tor Vergata, si arricchisce di un competitivo FEL (Free Electron Laser). Le caratteristiche uniche della luce del FEL di SuperB potranno servire obiettivi di fisica della materia, biologia e medicina, in sinergia con gli obiettivi di fisica fondamentale di SuperB, senza compromettere le prestazioni dell’acceleratore.
Cuore del Cabibbolab, il centro internazionale di fisica fondamentale e applicata promosso dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dall'Università di Roma Tor Vergata, SuperB sarà così in grado di mettere da subito a disposizione della comunità scientifica internazionale un’infrastruttura multidisciplinare di altissimo livello...

domenica 22 aprile 2012

Non sono i GRB l'origine dei raggi cosmici

Non sono i GRB l'origine dei raggi cosmici:
L'analisi delle rilevazioni dell'osservatorio IceCube in Antartide relative a 300 lampi di raggi gamma, o GRB (Gamma Ray Burst), ha mostrato l'assenza dei neutrini che dovrebbero produrre se fossero la causa dei raggi cosmici, un risultato negativo che mette seriamente in difficoltà una delle due teorie attualmente in campo sulla loro origine ...

venerdì 20 aprile 2012

Orbitone, una nuova "quasi-particella"

Orbitone, una nuova "quasi-particella":
Come particella libera l'elettrone è indivisibile, ma quando fa parte di una popolazione di altri elettroni all'interno possono verificarsi fenomeni inusuali: le sue "qualità" possono separarsi e vivere di vita propria come quasi-particella. Dopo spinone e olone, un gruppo di fisici svizzeri e tedeschi è ora riuscito a produrre e osservare una nuova quasi-particella di questo tipo: l'orbitonesue ...

martedì 17 aprile 2012

Alle radici dello spazio e del tempo

Alle radici dello spazio e del tempo:
Che cosa sono realmente spazio e tempo? Riuscire a rispondere a questa domanda è un presupposto per lo sviluppo di una teoria unificata della fisica. Una nuova teoria, considerata ...

sabato 14 aprile 2012

Rilevate tracce dei fermioni di Majorana

Rilevate tracce dei fermioni di Majorana:
Misurazioni realizzate con tecniche di spettroscopia a effetto tunnel hanno permesso di rilevare, all'interno di un dispositivo costituito da un nanofilo che metteva in contattato un ...

giovedì 5 aprile 2012

Cabibbolab: SuperB, scelto il team che costruirà l'acceleratore

Cabibbolab: SuperB, scelto il team che costruirà l'acceleratore:
Comunicato stampa...
È stato definito durante l'ultimo meeting, tenutosi a fine marzo ai Laboratori Nazionali di Frascati, il management della squadra per la costruzione dell'acceleratore SuperB, cuore del Cabibbolab, il centro internazionale di fisica fondamentale e applicata promosso dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dall'Università di Roma Tor Vergata.

mercoledì 4 aprile 2012

Il lato oscuro delle forze

Il lato oscuro delle forze:
Acceleratori piccoli e a basso costo potrebbero aprire la strada alla scoperta di fotoni "pesanti" e di altre particelle sconosciute che potrebbero fornire prove di una nuova ...

giovedì 29 marzo 2012

Alla Ricerca di Nuova Fisica Nelle Fluttuazioni Quantistiche Primordiali

Alla Ricerca di Nuova Fisica Nelle Fluttuazioni Quantistiche Primordiali: L'inflazione, cioè quel breve periodo avvenuto meno di un secondo dopo il Big Bang, è difficile da sondare quasi quanto il Big Bang stesso. I fisici hanno calcolato che l'inflazione è durata solo una piccola frazione di un secondo, ma ha portato ad un'aumento della dimensione dell'Universo di un fattore di 10^78. Inoltre, durante questa [...]

Il confine fra mondo quantistico e mondo classico

Il confine fra mondo quantistico e mondo classico:
Nel mondo delle particelle predominano le singolari leggi della meccanica quantistica. Ma fino a quali dimensioni sono direttamente rilevabili i loro effetti? Ricercatori ...

martedì 20 marzo 2012

Uno specchio per controllare la gravità quantistica

Uno specchio per controllare la gravità quantistica:
 
La verifica sperimentale diretta delle teorie sulla gravità quantistica, i cui effetti sono rilevabili solo alla scala di Planck e a energie molti ordini di grandezza più ...

sabato 17 marzo 2012

Aperta la caccia ai fermioni di Majorana 

Aperta la caccia ai fermioni di Majorana :
 
Ipotizzate dal grande fisico nel 1937, ma mai osservate, queste particelle, che sono al tempo stesso le proprie antiparticelle, sono "l'oggetto del desiderio" di chi pensa ai ...

sabato 10 marzo 2012

Neutrini, scoperta una nuova modalità di oscillazione

Neutrini, scoperta una nuova modalità di oscillazione:

L'enorme quantità di dati resi disponibili dal Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, una collaborazione internazionale che opera nel sud della Cina, ha permesso di osservare per la prima volta un effetto cercato da tempo, il cosiddetto angolo misto o theta uno-tre (θ13), un parametro che misura i neutrini elettronici e le loro controparti, che possono mescolarsi e dare origine ad altri sapori.  ...

mercoledì 7 marzo 2012

ANCHE FERMILAB INTRAVVEDE L'HIGGS

ANCHE FERMILAB INTRAVVEDE L'HIGGS:

Il Tevatron a ChicagoAnche il Fermilab ha intravisto un segnale di un possibile bosone di Higgs in un range di energia - tra 115 e 135 GeV - compatibile con quato osservato al CERN dagli esperimenti ATLAS e CMS. Il risultato è stato reso noto oggi, 7 marzo, ed è la combinazione della combinazione dei dati provenienti da due detectori dell'acceleratore Tevatron, spento definitivamente nel settembre dell'anno scorso: il Collider Detector al Feremilab e DZero. I livelli di incertezza sono ancora alti, si parla infatti di soli 2,2 delta. "E' chiaro che non si tratta di una misura definitiva, ma di un contributo a ricostruire il puzzle di questo bosone", ha commentato il leader della ricerca, Dimitri Denisov. Gli esperimenti ATLAS e CMS avevano ristretto il range di energia del bosone di Higgs tra 124 e 125 GeV. A breve, LHC rientrerà in funzione peermettendo nuove misure e più statistica peer questa complessa ricerca.

lunedì 5 marzo 2012

Dal bosone W a quello di Higgs, i contributi del Tevatron

Dal bosone W a quello di Higgs, i contributi del Tevatron:

Grazie alle analisi dei dati raccolti con l'acceleratore del Fermilab, i due esperimenti indipendenti CDF e DZero hanno permesso di arrivare alla misurazione più precisa mai ottenuta ...

lunedì 27 febbraio 2012

Assioni Potrebbero Spiegare la Morte del Litio-7 Nella Teoria della Materia Oscura

Assioni Potrebbero Spiegare la Morte del Litio-7 Nella Teoria della Materia Oscura: Lo studio della cosmologia si occupa dell'evoluzione e l'origine delle grandi strutture che compongono l'intero universo, e dello studio di quest'ultimo nella sua interezza. Le teorie cosmologiche hanno avuto un grande rilievo nel secolo scorso e ci hanno permesso di vedere tutto in una luce molto diversa. Ovviamente si tratta di uno dei campi di [...]

giovedì 23 febbraio 2012

Neutrini più veloci della luce: era un problema strumentale

Neutrini più veloci della luce: era un problema strumentale:

L'anomalia registrata dall'esperimento OPERA nella velocità del fascio di neutrini tra il CERN e il Gran Sasso sarebbe dovuta a problemi strumentali. ...

sabato 18 febbraio 2012

Fermilab Pronto A Rivelare Nuovi Interessanti Risultati Riguardo al Bosone di Higgs

Fermilab Pronto A Rivelare Nuovi Interessanti Risultati Riguardo al Bosone di Higgs: Lo scorso autunno, l'acceleratore Tevatron, presso il Fermilab, nell'Illinois, aveva chiuso gloriosamente la sua lunghissima attività. L'acceleratore era stato eclissato dal ben più grane e potente LHC (Large Hadron Collider) a Ginevra, Svizzera, che dal 2010 ha già generato un'impressionante quantità di dati. Questa mossa aveva fatto pensare che probabilmente il Fermilab non aveva scoperto [...]

domenica 29 gennaio 2012

L'Antimateria Pesa Più della Materia?

L'Antimateria Pesa Più della Materia?: L'antimateria è un agglomerato di antiparticelle corrispondenti alle particelle della materia ordinaria. Ad esempio, un atomo di anti-idrogeno è composto da un antiprotone caricato negativamente attorno al quale orbita un positrone (anti-elettrone)caricato positivamente. Nel corso dell'ultimo secolo abbiamo imparato moltissimo riguardo all'antimateria, ma quello che rende difficilissimo studiarla è il fatto che se una particella ed una anti-particella vengono a contatto tra loro, si distruggono. Ma negli ultimi anni sono stati fatti molti progressi in questa direzione, e recentemente un team ha persino segnalato di essere riuscito ad intrappolare dell'anti-idrogeno per più di 1000 secondi! Una delle cose più misteriose riguardo all'antimateria è che non sappiamo se si comporta diversamente nella presenza della gravità, rispetto alla materia normale. E' stato difficile trovare una risposta perché non siamo mai riusciti a far durare l'antimateria abbastanza da studiare come si comporta in dettaglio. Ma ora, un gruppo di fisici dell'Università della California, Riverside, hanno deciso di trovare una risposta. Questa risposta potrebbe speigarci meglio anche perché l'universo sembra non avere alcuna antimateria e perché si espande in maniera sempre più accelerata.[...]

sabato 21 gennaio 2012

Fare a meno della materia oscura? Si può

Fare a meno della materia oscura? Si può


Una nuova ricerca internazionale a cui l'Italia partecipa con ricercatori dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte ha testato con successo una versione modificata della legge di gravitazione universale, rendendo superflua l’ipotesi della massa mancante dell’universo ...

mercoledì 18 gennaio 2012

Ripensare il principio di indeterminazione di Heisenberg

Ripensare il principio di indeterminazione di Heisenberg:


Per la prima volta viene sperimentalmente confermato che è possibile distinguere due distinte fonti di indeterminazione delle particelle quantistiche, una legata al processo di misurazione, l'altra no. Inoltre, in una gamma di situazioni sperimentali viene violata la formulazione originale di Heisenberg del principio, che pure resta valido, ...

martedì 10 gennaio 2012

Come testare la gravità quantistica usando i buchi neri

Come testare la gravità quantistica usando i buchi neri:


Analizzando le emissioni di radiazione di buchi neri che stanno evaporando sarebbe possibile controllare la validità della teoria della gravità quantistica a loop, la sola che non entri in conflitto con la relatività generale. Una nuova ricerca ha infatti mostrato che essa prevede che i buchi neri primordiali emettano un tipo di radiazione differente e distinguibile da quella prevista da Stephen Hawkìngla sola che ...

martedì 3 gennaio 2012

La montagna che partorì l'elefante

La montagna che partorì l'elefante:



Il 2012 dovrebbe essere l'anno dell'annuncio della scoperta del bosone di Higgs...
Siamo tornati più volte sull'argomento LHC. Nel corso del 2011 l'attesa di notizie sull'Higgs è stata spasmodica, ma si è sempre trattato di limiti negativi; gli esperimenti ATLAS e CMS riuscivano infatti a escludere che questa particella esistesse in intervalli sempre più ampi di massa. Queste notizie hanno generato l'impressione che l'avventura di LHC fosse destinata a un finale deludente: orfani del bosone di Higgs, senza indicazioni sull'esistenza delle supersimmetrie, che cosa avrebbero fatto i fisici del CERN con il loro grande acceleratore e i loro sofisticatissimi esperimenti? ...