La Scienza

Aver scoperto il bosone di Higgs ed essere la macchina più complessa costruita dagli esseri umani, sono le due ragioni per cui oggi il Large Hadron Collider (LHC), l'acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, è famoso in tutto il mondo, anche presso i non addetti ai lavori. Presto però le cose potrebbero cambiare ulteriormente. Dopo uno stop di due anni dovuto a miglioramenti tecnici, a fine marzo è prevista la ripresa delle attività dell'acceleratore, che nei prossimi tre anni potrebbe aprire una fase nuova nella fisica delle particelle elementari, già a partire da fine maggio prossimo, quando inizieranno le collisioni tra protoni utili a fini di ricerca.

Le premesse ci sono tutte: dopo la riaccensione, una volta a regime LHC raggiungerà un'energia di collisione di 13 TeV (teraelettronvolt, mille miliardi di elettronvolt), un valore doppio rispetto a quello che ha portato alla scoperta del bosone di Higgs con gli esperimenti ATLAS e CMS, annunciata il 4 luglio 2012. E proprio sull'Higgs saranno concentrate le maggiori attenzioni dei fisici del CERN. Disporre di più elevate energie per collisioni tra protoni significa aumentare in modo considerevole la probabilità di generare e rilevare il bosone, e di conseguenza di misurarne con maggiore precisione la massa e il tasso di decadimento. Queste misure a loro volta permetteranno di verificare se ci sono discrepanze tra i valori misurati e quelli previsti dal modello standard, la teoria che attualmente descrive meglio il comportamento delle particelle fondamentali e di tre delle quattro forze fondamentali che agiscono nell'universo.

La scoperta del bosone di Higgs e la misurazione della sua massa in circa 126 GeV (gigaelettronvolt) hanno rappresentato una conferma della correttezza del modello standard, ma altre teorie si sono spinte oltre, ipotizzando una nuova classe di particelle "esotiche" che sfuggirebbero a qualunque rilevazione perché non risentono dell'interazione elettromagnetica, ma solo di quella gravitazionale. Potrebbero forse essere queste particelle a costituire una parte consistente della materia oscura dell'universo, invisibile agli strumenti degli osservatori astronomici, ma indispensabile per far quadrare i conti della dinamica su larga scala delle galassie e degli ammassi di galassie. LHC, grazie all'esperimento LHCb, potrebbe fornire qualche indizio su queste nuove particelle e il bosone di Higgs farebbe da ponte verso questo territorio inesplorato.

Un altro grande capitolo di verifiche sperimentali possibili con LHC è quello delle teorie supersimmetriche, elaborate per estendere il modello standard. Queste teorie prevedono che per ogni particella del modello standard esista un partner supersimmetrico con proprietà definite da principi fisici generali.

Nella lista degli obiettivi di LHC ci sono infine alcune questioni fondamentali della fisica, che riguardano la natura dell'interazione gravitazionale, l'asimmetria materia-antimateria e i primi istanti dell'universo. Nel primo caso, la questione è assai complessa, ma può essere formulata con una domanda molto semplice: perché la forza gravitazionale è così debole rispetto alle altre tre forze fondamentali, cioè la forza elettromagnetica, quella debole e quella forte? Alcune teorie hanno dato una risposta ipotizzando l'esistenza di dimensioni extra alle scale dimensionali più piccole che è possibile concepire. Una delle manifestazioni di queste extra-dimensioni sarebbe la presenza di nuove versioni delle particelle esistenti, più pesanti di quelle che conosciamo: sarà compito di LHC verificare che esistano.

Per quanto concerne l'antimateria, uno dei programmi specifici di LHC riguarderà proprio la produzione di antiparticelle e lo studio delle loro proprietà. Lo scopo è capire perché nell'universo attuale la materia ordinaria sia così preponderante rispetto all'antimateria, nonostante che siano state create in pari quantità con il big bang.

Le teorie indicano inoltre che pochi milionesimi di secondo dopo il big bang, l'universo era riempito dal cosiddetto plasma quark-gluonico, una "zuppa" di quark, i costituenti fondamentali della materia, e di gluoni, le particelle che fanno da "collante" tra quark. In quegli istanti, nel giovanissimo universo la temperatura era troppo elevata per permettere a quark e gluoni di formare protoni e neutroni. Uno dei compiti di LHC, e in particolare dell'esperimento ALICE, sarà ricreare e studiare il plasma quark-gluonico e chiarire così i punti ancora oscuri del modello che descrive i primi istanti del cosmo.