martedì 10 luglio 2012

Il bosone ciccione di Higgs - 2

Con colpevole ritardo la seconda puntata.

Dopo avervi dato informazioni preliminari (spero in maniera comprensibile) per parlare del bosone di Higgs qui, ora entriamo nel dettaglio e cerchiamo di capire cos'è veramente questo bosone e perché è così importante.

Cos'è il bosone di Higgs
Il bosone di Higgs è un mediatore di un campo. Ma cosa significa ciò?
Cerchiamo prima di tutto di capire cosa è un campo. Questo non dovrebbe essere difficile visto che tutti sperimentiamo quotidianamente almeno due campi: quello elettromagnetico e quello gravitazionale.
Un campo in senso fisico è un qualcosa che permea tutto lo spazio e permette di trasportare determinate informazioni tramite cosiddetti mediatori, che altro non sono che "grumi" del campo stesso.
Insomma, immaginatevi l'universo come una piscina piena di una melassa che per un motivo o per l'altro ogni tanto si raggruma. Ecco, il campo (elettromagnetico, gravitazionale, di Higgs) è la melassa mentre i mediatori (elettroni, gravitoni [mai osservati, per ora], bosoni di Higgs) sono i grumi.
E questi grumi trasportano informazioni: per gli elettroni, ad esempio, la corrente elettrica, per gli ipotetici gravitoni peso, per il bosone di Higgs la massa di ogni particella.


Perché è così importante?
Partiamo dalla fine della risposta precedente. La teoria dei campi (spesso detta semplicemente delle particelle e denominata modello standard) in origine non chiariva come mai le particelle elementari (cioè i costituenti ultimi di tutto, compresi noi stessi) avessero una massa.
Però che l'avessero era chiaro... visto che noi siamo fatti di particelle e che se ci mettiamo su una bilancia vediamo l'ago spostarsi... vuol dire che da qualche parte la massa arriva :-)
Bene, Peter Higgs studiò il problema e arrivò alla conclusione che ci doveva essere un campo (simile, appunto, a quello elettromagnetico o a quello gravitazionale, come ci arrivò ve lo racconterò nel prossimo articolo) che generava la "massa" e il mediatore - cioè la particella che trasportava l'informazione "massa" - era il bosone di cui stiamo parlando.
Però come è che una particella (o un corpo) acquista la massa?
Torniamo all'esempio della piscina di melassa di cui sopra. Se io mi ci tuffo dentro - per quanto fluida possa essere questa melassa - mi muoverò con molta più fatica che fuori dalla melassa, mi sentirò più pesante. Ho come acquistato massa (cosa di cui non avevo comunque bisogno, avendone già abbastanza, ma questo non c'entra con Higgs).
Ecco io e la melassa siamo come una particella qualsiasi e il campo di Higgs.


Perché quelle strane unità di misura per la massa?
Come avrete letto la massa del bosone di Higgs viene indicata in "GeV" o, più correttamente, in "GeV/c^2" ("c^2" significa "c elevato al quadrato", dove c è la velocità della luce nel vuoto).
Ora, per una massa tutti vi sareste aspettati una unità di misura tipo grammo, milligrammo o qualche sottomultiplo dalla strano nome, tipo picogrammo (un milionesimo di milionesimo di grammo), femtogrammo (un milionesimo di milardesimo di grammo) o simili.
E invece vi spunta questo misterioso "GeV" (che significa gigaelettronvolt, cioè un miliardo di elettronvolt) che è un'unità di misura dell'energia, non della massa.
Perché? La risposta è molto semplice: quando andiamo nell'infinatamente piccolo è impossibile misurare direttamente le masse: trovatemi voi una bilancia su cui posare sopra un elettrone o un quark!
Invece è possibile con strumenti adeguati misurare l'energia cinetica di queste particelle. E dato che a queste scale sappiamo grazie a zio Albert (alias Albert Einstein) che vale la relazione "E=mc^2" (dove E è l'energia cinetica, m la massa e c la velocità della luce nel vuoto)... allora ci misuriamo E (tipicamente in GeV, come avrete già capito) e ci scriviamo la massa nella forma "m=E/c^2".

Seguirà un altro articolo per cercare di descrivervi come era stata prevista la sua esistenza e come è stato effettivamente osservato (e se è stato veramente osservato).

Saluti,

Mauro.

10 commenti:

Serena ha detto...

Meglio che lo rilegga da sveglia. Al momento il mio cervello ha messo il pilota automatico (come tutte le mattine, del resto) e mi sono persa al secondo capoverso. :-(
Come si dice? Ritenta, sarai più fortunata. :-)

Turz ha detto...

Per capire queste cose ci vuole un fisico bestiale.

Anonimo ha detto...

Bravo, mi complimento per quello che stai scrivendo e come lo stai scrivendo: cercando di semplificare al massimo, e sono certa che sia una cosa ben difficile! E' tutto molto curioso, se a una persona ovviamente interessa!Che bello potersi avvicinare a questa materia con un insegnate bravo come te! Hai mai pensato di darti all'insegnamento? Ti sarebbe piaciuto? Ciao Sonia
PS me lo devo rileggere per bene...

TuristadiMestiere ha detto...

possibile che quando vengo da te, invece di vendicarmi (per le tue puntualizzazioni), mi devo sempre complimentare??? Ho finalmente capito di cosa parlano tutti: cosa mi hai fatto? Un incantesimo? Mi hai ipnotizzata? Io odiavo la fisica (ma pure la matematica e la chimica)!!! Un abbraccio! P.S. continua a puntualizzare, eh!

Mauro ha detto...

@ Serena
Io provo a essere chiaro e semplice, ma sono argomenti complessi, non pretendo di farcela sempre :-(

@ Turz
Oppure quella bestia (anzi bestiaccia) di un fisico :-)

@ Sonia
Come insegnante sarei stato uno stronzo, credimi...

@ Turista
E puntualizza anche tu, allora. Mica mi offendo :-)
Oppure non ti ha fatto piacere il fatto che io ti abbia smascherata, Puffetta? ;-)

Anonimo ha detto...

A parte lo "stronzo" come scrivi te, ma ti piacerebbe insegnare oppure sarebbe una opportunità che non ti attira per niente? Magari potresti essere un insegnate rompi ma in fondo bravo!!! :-) Ciao Sonia

Serena ha detto...

Quindi se, ipoteticamente, il bosone di Higgs sparisse dalla Terra, "perdendo" massa non subiremmo più gli effetti della gravità?

Mauro ha detto...

@ Sonia

Con la scuola/università ingessata attuale (e parlo in generale, non solo di Italia) non mi attira. Con una scuola/università veramente aperta, con una vera interazione docente-discente (un po' stile Socrate e la sua scuola ateniese ;-) ) sarebbe un altro discorso.
E so di cosa parlo: anche se per poco ho insegnato :-)

@ Serena

Il discorso è più complesso e non riguarda solo la massa.
Comunque la massa prima di subire la gravità... la provoca :-)

Daniele ha detto...

Ciao Mauro, è lodevole il tentativo sul tuo blog di spiegare il bosone di Higgs con parole semplici.
Sei incorso pero' in una inesattezza che forse sarebbe bene correggere: tu scrivi

E invece vi spunta questo misterioso "GeV" (che significa gigaelettronvolt, cioè un miliardo di elettronvolt) che è un'unità di misura dell'energia, non della massa.
Perché? La risposta è molto semplice: quando andiamo nell'infinatamente piccolo è impossibile misurare direttamente le masse: trovatemi voi una bilancia su cui posare sopra un elettrone o un quark!
Invece è possibile con strumenti adeguati misurare l'energia cinetica di queste particelle. E dato che a queste scale sappiamo grazie a zio Albert (alias Albert Einstein) che vale la relazione "E=mc^2" (dove E è l'energia cinetica, m la massa e c la velocità della luce nel vuoto)... allora ci misuriamo E (tipicamente in GeV, come avrete già capito) e ci scriviamo la massa nella forma "m=E/c^2".


Bene, questa cosa sembrerebbe indicare che la massa indicata in GeV per una particella, es. bosone W 93 GeV, bosone Z 81 GeV, Higgs 125 GeV, abbia a che fare con l'energia cinetica. Invece no! E' la massa a riposo, divisa per c^2. Infatti, quando la velocita' aumenta, aumenta anche E... fino all'infinito con la legge m0/sqrt(1-v^2/c^2) , o m0*gamma, come ovviamente sai bene.
Scritto come sopra, sembrerebbe che i 125 GeV vengano fuori sempre, anche per una particella in movimento. Direi che si potrebbe dire E=m0 x gamma x c^2 , e quindi m0=E/(gamma x c^2) nel caso del bosone di Higgs e' 125 GeV.
Ma E, se v=0 ovviamente, non e' affatto l'energia cinetica, e' l'energia a riposo! ed e' questa che si mette nelle tabelline.
Quando misuriamo le particelle non sono ferme, sono d'accordo con te, ma bisogna allora aggiungere che per ottenere m0 (la massa a riposo) bisogna anche includere gamma, se no, non funziona.

Mauro ha detto...

Intanto, caro Daniele, grazie di cuore per le precisazioni.

Il problema è che quando si cerca di essere troppo semplici, come volevo essere io, si incorre in questi problemi.

A mia (molto parziale) discolpa, posso dire che col paragrafo in questione cercavo solo di spiegare il perché della "strana" unità di misura, nient'altro.

Saluti,

Mauro.