di Luca Mazzucato

New York. Una piccola gobba nel grafico che riassume la statistica delle collisioni di protoni: ecco il primo “solido indizio” sperimentale dell'esistenza del bosone di Higgs. Nell'attesissima conferenza stampa di martedì al CERN di Ginevra, Fabiola Giannotti e Guido Tonelli, i due portavoce delle collaborazioni ATLAS e CMS al Large Hadron Collider, hanno finalmente dato la notizia che tutti attendevano. Pare che ci sia un eccesso di collisioni (la gobbetta nel grafico), che potrebbero essere spiegate dalla presenza di una nuova particella di massa pari a circa 125 Gigaelettronvolt (secondo ATLAS), più o meno 125 volte la massa del protone. La probabilità che si tratti di un falso, una semplice fluttuazione statistica, è circa una su cinquemila.

È ancora presto per lanciare premi Nobel ad ATLAS, CMS e Peter Higgs (l'inventore dell'omonimo meccanismo che dà la massa al bosone). Per avere la certezza che la gobbetta sia proprio il bosone di Higgs, ci vorrà almeno un altro anno. Nella comunità dei fisici, il margine di errore fatidico perché venga riconosciuta ufficialmente la scoperta è dello 0,0002%, tre ordini di grandezza oltre l'attuale precisione. L'acceleratore LHC resterà inattivo fino ad Aprile 2012, per manutenzione e per raddoppiare la sua potenza. Ma entro l'estate prossima, se il bosone di Higgs si nasconde proprio nella gobbetta appena osservata, i fisici del CERN lo staneranno senza pietà, in tempo per il Nobel 2012...

Il bosone di Higgs è l'ultimo mattoncino predetto dal Modello Standard di Weinberg, Glashow e Salam nei lontani anni Settanta. Tutte le altre particelle, leptoni (elettrone e cugini), quark e gluoni, bosoni W e Z0 sono già noti alle cronache da anni. Il top quark è stato l'ultimo a essere scoperto, più di quindici anni fa. Da allora, tutta la potenza di fuoco degli acceleratori al CERN di Ginevra e al Tevatron di Chicago si è concentrata sul bosone di Higgs, che però si era dato alla macchia. Fino a martedì scorso!

Il bosone di Higgs è la particella che genera la massa delle altre particelle elementari, attraverso il meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole. Se confermata, la scoperta di un Higgs con le caratteristiche osservate è gravida di conseguenze. Cerchiamo di capire quali indicazioni ci darebbe sulla struttura fondamentale dell'Universo.

Potrebbe con tutta probabilità trattarsi di un “vanilla Higgs,” ovvero una particella perfettamente compatibile con le attuali predizioni del Modello Standard. Questo scenario sarebbe allarmante e di difficile interpretazione. La grande attesa per LHC si basava sul fatto che, secondo la maggior parte dei modelli teorici, l'attuale Modello Standard è una teoria insoddisfacente, per via dei molti parametri che contiene e per il fatto che non descrive la gravità, ma solo le forze nucleari ed elettromagnetica. Per ovviare a questi problemi, i fisici hanno introdotto nei loro modelli uno zoo di nuove particelle che dovrebbero essere prodotte a LHC. Le teorie rivali hanno nomi altisonanti e curiosi: supersimmetria, technicolor, extra-dimensioni, etc.

Il fatto è che, ahimè, niente di nuovo è stato finora osservato: il Modello Standard resiste caparbiamente a qualsiasi attacco di fasci di protoni. Immaginiamo per un attimo che la scoperta del bosone di Higgs venga confermata l'estate prossima, e che la particella abbia le caratteristiche predette dal Modello Standard. Immaginiamo che LHC non produca alcuna nuova particella oltre al bosone di Higgs. Questo probabile scenario rappresenta il peggiore degli incubi per i fisici teorici. Ci lascerebbe con una teoria, il Modello Standard, che dà predizioni sperimentali di una precisione inaudita, ma che purtroppo è incompleto.

Se non si scopriranno altre particelle oltre all'Higgs, verremo lasciati completamente all'oscuro sulla vera natura dell'Universo alla scala microscopica. Data l'impossibilità pratica (oltre che finanziaria) di costruire un acceleratore più grande di LHC, questa scoperta potrebbe essere l'ultima della fisica delle particelle. Un altro grave problema di questo scenario è che la Materia Oscura, che si crede sia una particella con una massa circa uguale a quella dell'Higgs, resterà per il momento senza spiegazione.

Questo scenario sarebbe un piccolo indizio a favore della teoria del Multiverso, predetto dalla teoria delle stringhe. Immaginate che il nostro universo sia solo uno tra miliardi di miliardi di miliardi di universi paralleli. Ciascun universo è popolato da un numero diverso di particelle e di forze fondamentali. Statisticamente, in alcuni di essi, tra cui quello in cui viviamo noi umani che costruiamo potenti microscopi a fasci di protoni, il contenuto di materia sarebbe precisamente descritto dal Modello Standard e nient'altro. Uno scenario altamente improbabile, ma certamente possibile...

Se al contrario si scoprirà che la gobbetta nel grafico è una semplice fluttazione statistica, che non sopravviverà a misure più accurate, allora la caccia all'Higgs sarà aperta di nuovo. Lo scenario più eccitante, dal punto di vista della nuova fisica, è quello in cui non verrà osservato nessun bosone di Higgs. L'assenza di questa particella sarebbe una ferita mortale per il Modello Standard e porterebbe alla revisione di tutta la fisica delle particelle, con somma gioia dei giovani fisici; una specie di piano Marshall per la fisica.

Che però si scontra con un paradosso tutto mediatico. Lo scenario più rivoluzionario, ovvero l'assenza del bosone di Higgs, sarebbe il più difficile da digerire per i media. Come spiegare la mancata scoperta della tanto attesa “particella di Dio”? Difficile chiedere nuovi finanziamenti per la ricerca nel caso di una mancata osservazione, anche se quest'assenza scardinerebbe le nostre ipotesi sulla struttura microscopica dell'Universo accumulate negli ultimi quarant'anni. Ma con tutta probabilità, il bosone di Higgs verrà scovato proprio in quella piccola gobba. Insieme, si spera, a una miriade di nuove particelle dalle proprietà esotiche e affascinanti...