C'è o non c'è il bosone di Higgs, la "particella di Dio", l'ultimo tassello che manca al modello standard della fisica delle particelle? I risultati comunicati ieri in una conferenza stampa al CERN di Ginevra sono interlocutori, ma gli ottimisti hanno buoni motivi per sperare.

Gli scienziati che lavorano ai due esperimenti cruciali - ATLAS e CMS del Large Hadron Collider (il gigantesco acceleratore di particelle costruito in un tunnel al confine franco-svizzero) - hanno comunicato di aver riscontrato tracce che potrebbero rivelare la presenza del bosone, e la sua eventuale massa, circa 125 gigaelettrovolt (GeV). Il GeV è un'unità di misura dell'energia che in fisica delle particelle viene utilizzata anche per misurare la massa usando per la conversione la celeberrima equazione della relatività ristretta E=mc².

"Abbiamo individuato la probabile massa del bosone di Higgs in una regione tra i 116 e i 130 GeV", ha affermato Fabiola Gianotti, la studiosa italiana che guida il progetto ATLAS, "e nelle ultime settimane abbiamo cominciato a osservare un interessante eccesso di eventi intorno ai 125 GeV. Potrebbe essere dovuto a una fluttuazione casuale, ma potrebbe essere qualcosa di più rilevante. A questo punto non possiamo concludere nulla. Abbiamo bisogno di studiare di più e raccogliere più dati".

Anche Rolf-Dieter Hauer, direttore generale del CERN, ci ha tenuto a chiarire che i risultati sono ancora preliminari. "Dobbiamo ancora osservare molte collisioni prima di poter rispondere alla domanda shakespeariana sul bosone: 'Essere o non essere?'".

David Evans, fisico delle particelle dell'Università di Birmingham, è a capo dell'équipe britannica che lavora ad ALICE, un altro degli esperimenti del CERN. Spiega che i suoi colleghi di ATLAS e CMS "hanno fatto un lavoro impressionante" per individuare il range in cui dovrebbe trovarsi la massa del bosone, e prevede che "all'inizio del prossimo anno... avranno dati sufficienti a scoprirlo o a provare che non esiste".

Che cos'è il bosone e come stanarlo

I bosoni di Higgs sono - o per meglio dire sarebbero, secondo le teorie prevalenti - particelle subatomiche dalla vita estremamente breve, tanto che la loro presenza sarebbe rilevabile solo osservando le altre particelle in cui decadono. Ma, come un distributore automatico può dare lo stesso resto in combinazioni diverse di monetine, così il decadimento del bosone può dar vita a combinazioni di particelle diverse.

Le équipe di ATLAS e CMS hanno osservato eccessi di particelle che potrebbero essere risultato del decadimento nel range tra i 116 e i 130 GeV di massa, un segno che il bosone di Higgs potrebbe esistere in quella zona. Gli scienziati sostengono di aver conseguito un grado di sicurezza intorno a 2 sigma, che nel gergo scientifico significa una probabilità del 95% che non si tratta di una fluttuazione statistica. Ma i severissimi standard della fisica delle particelle impongono che un esperimento abbia almeno un livello 5 sigma (ovvero il 99, 99% di probabilità) perché una scoperta sia ufficialmente riconosciuta.

"Al LHC compiamo tante misurazioni che i livelli 3 sigma si verificano piuttosto spesso. Quindi bisogna raggiungere un livello 5 sigma prima che la comunità scientifica accetti la scoperta".

Il bosone di Higgs è un elemento cruciale del modello standard della fisica, la teoria che spiega l'interazione delle particelle elementari con le forze della natura. Prende il nome da Peter Higgs, il fisico che negli anni Sessanta ne propose l'esistenza per spiegare perché alcune particelle, come gli elettroni e i quark, sono dotate di massa mentre altre, come i fotoni, no.

Secondo Higgs, l'intero universo sarebbe immerso in un campo invisibile, simile a un campo magnetico, detto appunto campo di Higgs. Una particella che può spostarsi all'interno del campo senza interagire con esso, o interagendo molto poco, avrà massa minima o pari a zero. Se invece le interazioni sono rilevanti, la particella avrà una massa significativa.

Nel modello standard della fisica, però, l'esistenza di un campo come quello di Higgs impone che vi sia una particella a esso correlata: il bosone, appunto (così come il fotone è la particella associata al campo elettromagnetico). Il modello, però, non prevede la massa del bosone: ecco perché la ricerca di quella che è stata soprannominata "particella di Dio" si è rivelata così difficile. È stato proposto anche un modello alternativo in cui invece di un singolo bosone esisterebbero cinque particelle di Higgs di massa simile ma con cariche elettriche diverse.

Negli ultimi anni però gli scienziati ritengono di aver ristretto le possibilità: il bosone dovrebbe essere unico, e il LHC - l'acceleratore di particelle più potente mai costruito - dovrebbe essere in grado di trovarlo. "Con il LHC, troveremo il bosone di Higgs o proveremo in via definitiva che non esiste", conferma Evans. Per lo studioso inglese, un'eventuale scoperta sarebbe una spettacolare conferma della teoria, pari soltanto alla scoperta dell'elettrone, effettuata da J.J. Thompson nel 1897. "Fino a quel momento l'elettricità si studiava e si misurava, ed ecco che Thompson trovò la particella che ne era responsabile".

Vittoria in ogni caso

Gli scienziati del CERN continueranno a provocare e osservare collisioni protone-protone alla ricerca di altri segnali che possano confermare o smentire l'esistenza del bosone di Higgs. Secondo Evans, già entro la prossima estate si potrà ottenere un risultato conclusivo in un senso o nell'altro.

Secondo Fabiola Gianotti sarebbe preferibile che il bosone si trovasse, perché "la comunità dei fisici lo cerca da molti anni, e la sua scoperta risolverebbe molti problemi del modello standard".

Evans però aggiunge che una mancata scoperta sarebbe ancor più interessante, in quanto costringerebbe a cercare un modello di fisica alternativo a quello immaginato da Higgs. "Il risultato sarà positivo in ogni caso", conclude il fisico.