Siamo ancora vivi, è la notizia del giorno. La più grande, precisa e potente macchina mai costruita dall'uomo è stata accesa mercoledì 10 settembre nel sottosuolo di Ginevra. Due fasci di protoni sono stati accelerati alla velocità della luce in entrambi i sensi, nel cunicolo circolare lungo ventisette chilometri: il Large Hadron Collider. Per il momento, non c'è stata ancora alcuna collisione, ma nei prossimi mesi l'acceleratore del CERN (Consorzio Europeo per la Ricerca Nucleare) entrerà lentamente a pieno regime: con un pizzico di fortuna, le prime scoperte potrebbero arrivare nei primi mesi del prossimo anno. Ma cosa c'è in ballo al CERN e perché tutti i fisici del pianeta sono così eccitati? La caratteristica che rende LHC così straordinario è l'altissima energia che viene sprigionata nell'urto tra i due fasci protoni. C'è un solo altro tipo di processi in natura capace di raggiungere tali energie: quando una stella esaurisce il suo combustile nucleare ed esplode in una supernova, spara nello spazio protoni ad energie pari o persino superiori a quelle di LHC, che arrivano sulla terra sotto forma di raggi cosmici. L'enorme anello di LHC non è niente altro che una costosa lente d'ingrandimento (circa sei miliardi di euro, sperando che non si rompa): scontrando protoni a velocità prossime a quella della luce andiamo ad investigare la trama microscopica dello spazio-tempo, cercando di carpire la natura del vuoto: più alta l'energia, più piccola la distanza. Ma ciò che sembra vuoto (nel tubo di LHC si è creato un vuoto pressoché assoluto e temperature inferiori a quelle dello spazio siderale) è in realtà un brulicare di particelle virtuali che vengono create e distrutte incessantemente: si tratta delle fluttuazioni quantistiche del vuoto, che sono tanto più violente quanto più piccolo è il dettaglio che vogliamo osservare.

L'energia prodotta dalla collisione dei protoni nel centro di massa non è un valore qualsiasi, ma rappresenta il trait d'union tra la cosmologia e la fisica delle particelle elementari: la prima studia l'infinitamente grande, la seconda l'infinitamente piccolo, ma entrambe indipendentemente hanno scoperto che l'energia di LHC è molto speciale. Facciamo una piccola digressione cosmologica. Le osservazioni astronomiche degli ultimi anni hanno mostrato che l'universo è molto più misterioso di quello che ci si aspettava: di tutta la densità totale di massa-energia richiesta per spiegarne l'attuale l'espansione, la materia ordinaria (le stelle e i pianeti) rappresenta solo un ventesimo. Circa tre quarti sono composti di energia oscura (per cui manca una convincente spiegazione), mentre il restante venti per cento è fatto di materia oscura. Secondo i cosmologi, la materia oscura (detta così perché è invisibile alla luce, ma interagisce attraverso la forza di gravità) sarebbe costituita da particelle dette WIMP, la cui massa è accessibile allo scontro di protoni ad LHC: potremmo dunque essere in grado di produrre direttamente la materia oscura e determinarne le caratteristiche.

Ma ritorniamo dalle distanze astronomiche alle microscopiche fluttazioni dello spazio-tempo: l'energia prodotta da LHC è il sacro Graal della fisica delle particelle elementari degli ultimi trent'anni e permetterà di rispondere ad una delle domande più scottanti: da dove viene la massa delle particelle? Secondo l'attuale teoria fondametale, il cosiddetto Modello Standard, tutte le particelle elementari finora osservate in natura (gli elettroni e i quark) ottengono la loro massa dal celebre bosone di Higgs. Il meccanismo in realtà è piuttosto semplice e si può capire con un'analogia. L'universo è permeato da una specie di etere onnipresente formato dal condensato del bosone di Higgs. Tutte le particelle si muovono attraverso questo etere a zigzag, e vengono rallentate nel loro moto in misura proporzionale alla forza della loro interazione con il bosone di Higgs. Più forte l'interazione, maggiore la loro “inerzia”: ovvero la loro massa. In questo modo, il condensato del bosone di Higgs genera la massa di tutte le particelle elementari.

L'unico problema è che il bosone di Higgs non è stato finora mai osservato. Il Tevatron, l'acceleratore di Chicago che scoprì il quark top nel 1994, ha sinora dato la caccia all'Higgs senza sosta, ma il bosone non si trova. Il motivo è che la massa del bosone stesso è troppo elevata, fuori cioè dalla portata degli acceleratori di particelle: tutti tranne LHC, che è stato espressamente progettato per scoprire l'origine della massa delle particelle e produrre il bosone. Ma in realtà, i fisici si aspettano che produrre e osservare l'Higgs sia molto più difficile che testare altre teorie più speculative del Modello Standard, che porterebbero a vere e proprie rivoluzioni nella nostra visione dell'universo. Dopo tutto, l'esistenza dell'Higgs è stata predetta più di trent'anni fa e tutti si aspettano di trovarlo, mentre nei dipartimenti di fisica di tutto il mondo le scommesse si sprecano su cosa ci sia oltre al bosone di Higgs: la supersimmetria? Altre dimensioni oltre alle quattro che conosciamo? Technicolor? Stringhe invece di particelle? Buchi neri?