E’ la fine del Modello Standard in fisica particellare?

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La nube nera della fisica particellare. Dopo l’annuncio del “fallimento” del CERN nella ricerca di una nuova particella, la fisica è davvero in un vicolo cieco?

È passato poco più di un mese da quando i fisici del Large Hadron Collider hanno infranto le speranze di molti addetti ai lavori e appassionati a proposito della scoperta di una nuova particella. C’era un eccesso inspiegabile nella produzione di coppie di fotoni con uno picco energetico di circa 750 GeV. Lì, nel detrito di particelle che seguiva le collisioni ad altissima energia, c’era qualcosa di misterioso. E, considerato lo stato attuale delle ricerche sulla fisica particellare, qualcosa di inspiegabile poteva voler dire qualcosa di meraviglioso. Questa illusione a 750 GeV ha dato vita a 547 paper che si proponevano di spiegarla.

L’eccitazione era comprensibile. La fisica è in una situazione di impasse che riguarda il Modello Standard particellare, una descrizione autoconsistente delle particelle e delle forze che costituiscono gran parte della nostra realtà, ma non tutta. Anche se la scoperta del Bosone di Higgs ha riempito un buco cruciale nel Modello Standard—rinforzando allo stesso tempo il valore predittivo per i fenomeni sperimentali—non ha molto da dire a proposito dei più affascinanti misteri della fisica di oggi: la materia oscura, la gravità, le oscillazioni di neutrini, l’asimmetria tra materia e antimateria. Tutto è ancora incompleto.

Questa incompletezza è l’essenza della nuova fisica, o comunque della fisica che non può essere spiegata con il Modello Standard. Nel 2016, la fisica si trova in una situazione catastrofica e ha bisogno di eventi misteriosi come quello che si è verificato al CERN. Ecco perché il mood, dopo l’annuncio del 5 agosto, è stato così negativo. L’illusione aveva spinto molti a formulare delle ipotesi su una realtà che non fa che confondere ulteriormente le idee sul Modello Standard.

Su Backreaction, la fisica e scrittrice Sabine Hossenfelder riassume la questione così:

Ora che l’illusione è svanita siamo entrati in quello che potremmo definire uno “scenario da incubo” per l’LHC: il bosone e nient’altro. Molti fisici delle particelle credono che non potesse accadere niente di peggiore. Sono rimasti senza guida, smarriti in una selva di modelli che si moltiplicano. Senza niente di nuovo, non hanno materiale su cui lavorare, nessun input che possa indicare loro la strada.

In relazione agli autori dei 547 paper, un blogger e fisico di nome ZapperZ ha scritto: “Hanno elaborato una spiegazione per l’esistenza degli unicorni… Alla gente interessa solo arrivare PRIMA, non essere precisa. In fin dei conti chi di noi ricorderà che tizio o caio ha scritto un paper per spiegare qualcosa che di fatto non esiste?”

Ci sta.

La nube nera non è solo un insieme di domande senza risposta. Ricopre la cosa in sé, il modo stesso in cui bisogna pensare i fondamenti della fisica. In particolare, il “fallimento” nel trovare qualcosa che vada al di là del bosone è un affronto a qualcosa di più filosofico e antico. La “naturalezza”.

La fisica dovrebbe essere naturale, semplice e bella. Dovremmo trovare delle coincidenze nelle leggi fondamentali della natura e ricavarne un ordine estetico che ci soddisfi. Questo è l’atteggiamento da avere rispetto al mondo: se siamo in grado di ascrivere le cose in un grande ordine naturale saremo più sani e più sereni. Dovremmo farci trasportare dalla corrente di un qualcosa di importante e profondo, piuttosto che doverla risalire. Nell’eleganza, tutto troverà un posto.

In fisica, la naturalezza prende le forme della coincidenza numerica. L’idea, che riporta alla meccanica quantistica, è molto tecnica, ma in senso più ampio le costanti che governano l’universo non dovrebbero sembrare troppo forzate. Questo è quanto accade nel Modello Standard, dove tutto si incastra bene insieme, naturalmente.

Ma non è così. La massa del bosone di Higgs è davvero forzata. Piccola, nonostante sia dotata di particelle con masse che rientrano potenzialmente nell’ordine di milioni di miliardi di TeV—il bosone osservato dall’LHC pesa soltanto 125 GeV. Nel senso, in qualche modo il Bosone di Higgs ha una massa sufficiente per lasciare l’universo per come lo vediamo, ma non di più. Non è il tipo di cosa che vedi e che ti fa pensare che sia “definitiva”, è innaturale. Deve esserci qualcos’altro che non riusciamo a vedere.

Così, se estendiamo il Modello Standard, abbiamo la speranza di riuscire a risolvere questa innaturalezza, ma fisici come Hossenfelder pensano che la ricerca di spiegazioni “naturali” sia parte del problema. “Il fatto che l’LHC non abbia trovato le prove per fondare una nuova fisica rappresenta, per me, un segno del fatto che stiamo facendo qualcosa di sbagliato, che la nostra esperienza nel costruire il modello standard non sia più la direzione da intraprendere,” scrive. “Ci siamo ficcati in un vicolo cieco, guidati che un’idea estetica ci guidasse nel decidere quali esperimenti fossero i più promettenti.”

Ecco, cercare di risolvere il Modello Standard non farà che peggiorare la situazione.

Non siamo in un vicolo cieco, comunque. L’LHC sta producendo statistiche su un parametro legato al Bosone di Higgs conosciuto come tth di produzione. Questo ha a che fare con il rapporto tra il bosone e una particella nota come top quark. Gli attuali dati mostrano che questo è un po’ fuori parametro con quanto predetto dal Modello Standard, eppure, come nota il blog Résonaances, tanto quanto il picco di 750 GeV, potrebbe essere una macchia statistica. Comunque, potrebbe presto diventare materiale per la prossima serie di paper di fisica speculativa.

Le nubi nere portano pioggia, che però lava via le cose. I “fallimenti” ci sono sempre stati, in fisica così come nelle altre scienze. Dire che qualcosa non è in un modo significa essere sempre più vicini a dire che cos’è. L’unico vero fallimento è non fare esperimenti.

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