Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

L’anno scorso si diceva che sarebbe stato entro tre anni. Ma ad aprile già si mormorava di un anno solo. A Pasqua qualcuno ha fatto filtrare notizie riservate: sembrava ci fossimo, poi smentite. A settembre qualcuno diceva entro fine anno, ma la macchina è stata spenta il 30 ottobre. Però è stato annunciato un meeting pubblico fra una settimana: che ci siano già risultati...? Il livello di fibrillazione cresce ogni giorno: la grande macchina di Ginevra, che i fisici hanno impiegato anni a costruire, sta chiudendo il cerchio intorno al suo primo e principale obiettivo: capire se esiste o non esiste una certa particella, chiamata la particella di Higgs, o come dicono i fisici, l’Higgs. Sperimentali e teorici del mondo intero aspettano la risposta, o almeno i primi indizi di risposta, con il fiato sospeso. Ma cos’è la particella di Higgs? Che importanza ha sapere se esiste o non esiste?

Cominciamo con l’eliminare qualche esagerazione. I giornali l’hanno chiamata la «particella di Dio». L’espressione «particella di Dio» viene dal titolo di un libro di divulgazione dell’americano Leon Lederman, ma il titolo che Lederman voleva era The goddam particle, letteralmente «La particella che Dio mi danni», espressione idiomatica inglese di esasperazione: piuttosto «La particella esasperante». L’editore del libro ha tolto «dam» e lasciato «god», Dio. Ma lo stesso Peter Higgs, l’ottantaduenne fisico inglese che insieme ad altri ipotizzò l’esistenza della particella nel 1964, trova imbarazzante l’espressione particella di Dio: «Io non sono un credente – dice – ma questo è un cattivo uso delle parole che può offendere qualcuno». Lasciamo dunque stare Dio.

Di per sé, in effetti, la particella di Higgs non è più degna di nota delle altre particelle di cui è fatto il mondo; anzi, qualcuno la giudica addirittura la più bruttina. È sfuggente, poco convincente. Non l’abbiamo ancora vista, mentre abbiamo visto tutto il resto. Esistono motivi per pensare che esista, ma anche motivi per avere dubbi.

Il motivo per il quale ci aspettiamo che la particella esista è il seguente. Oggi siamo in un periodo molto speciale nella storia della fisica fondamentale, diverso, per esempio, di quando io studiavo all’università, trent’anni fa. Allora gli esperimenti di fisica subatomica avevano generato una montagna di dati incomprensibili. Non c’era una teoria capace di spiegare quello che vedevano. Oggi invece abbiamo teorie "fondamentali" che descrivono tutti gli aspetti del mondo in modo spettacolarmente efficace. Una è la relatività generale di Einstein, che qui non ci interessa, perché riguarda la gravità che non ha praticamente effetto sulle particelle osservate al Cern: la gravità riguarda l’Universo in grande, oppure scale estremamente più piccole di quelle osservate al Cern. L’altra è una potentissima teoria che spiega tutto il resto, incorpora l’elettromagnetismo, la teoria di Fermi e le altre teorie sulle particelle elementari. Questa potentissima teoria ha un nome deprimente, il «Modello standard», e spesso non gode di buona stampa, perché è più intricata e meno "elegante" che non le stupende teorie di Einstein, Maxwell o Newton. Eppure è una teoria che da trent’anni non fa che stupirci per quanto funziona bene.

Ricordo quando Carlo Rubbia, il grande fisico sperimentale italiano, venne a Bologna a parlare a noi studenti delle prime belle conferme di questa teoria, che poi gli valsero il premio Nobel. Rubbia ci parlò delle misure che confermavano i primi pezzi del Modello standard, ma anche di prime apparenti indicazioni di discrepanze fra teoria e misure. Da allora, per trent’anni, non si è fatto che parlare di possibili discrepanze fra Modello standard e misure, a una misura più precisa le discrepanze sono tutte svanite: il Modello standard, alla fine, è risultato sempre esatto. Una dopo l’altra, le predizioni del Modello standard sono state confermate. E le particelle predette dal Modello standard regolarmente trovate. Insomma un trionfo dopo l’altro.

L’ultima particella della lista, la sola che manchi all’appello, è la particella di Higgs. Dunque, ci aspetteremmo di trovarla. L’incertezza dovrebbe essere solo la normale trepidazione dell’attesa per un’ulteriore conferma di una bella teoria... Ma in realtà le cose sono più complicate di così, e l’incertezza è più sostanziale.

Ci sono infatti anche dei motivi per aspettarci che la particella non esista. Tutte le altre particelle del Modello standard sono o «fermioni» (dal nome di Enrico Fermi), cioè particelle simili agli elettroni, che ora conosciamo bene, oppure «bosoni vettori», cioè particelle simili ai fotoni, i «quanti di luce», che pure conosciamo bene, e sono la ragione delle forze elettromagnetiche. Ma la «particella di Higgs», non è né di un tipo né dell’altro. È un oggetto strano, di un tipo nuovo, che tecnicamente si chiama un «bosone scalare». Perché una particella di tipo nuovo è stata aggiunta al Modello standard? Per far tornare le cose. La vecchia teoria di Fermi non funzionava, una possibile alternativa sembrava funzionare bene, ma prediceva una forza in più che non esiste; l’introduzione della particella di Higgs ha il risultato che questa particella "si mangia" la forza in più, riducendola a una forza a corto raggio. Inoltre un problema del Modello standard senza Higgs è che predice che i fermioni si muovano alla velocità della luce: la particella di Higgs interagirebbe con i fermioni, rallentandoli, in modo tale che questi si muovano a velocità più bassa, così come li vediamo effettivamente fare (tecnicamente si dice «la particella di Higgs dà la massa ai fermioni»). Insomma, la particella di Higgs è uno strano oggetto un po’ ibrido, che non è fatto né come gli elettroni né come i fotoni, che serve per fare funzionare gli ingranaggi teorici del Modello standard, ma in maniera piuttosto intricata e non proprio elegantissima.

Diversi fisici teorici hanno storto il naso. Davvero la Natura, al suo livello fondamentale, fa di queste sporcizie? Così diversi gruppi di ricerca hanno studiato possibili alternative al Modello standard, per capire se si possa fare a meno di questo strano oggetto. L’alternativa più convincente ha un bel nome, si chiama «technicolor», e consiste nel sostituire il «bosone scalare» di Higgs con un pacchetto di fermioni più piccoli. L’alternativa più elegante, secondo me, l’ha pensata il grande matematico francese Alain Connes, che ha scritto una teoria dove la particella di Higgs è la manifestazione di una specie di fotone che si muove in un’altra dimensione. Nessuna di queste alternative, però, funziona bene. Ciascuna ha le sue pecche. E allora?

Oggi a pranzo, prima di scrivere quest’articolo, ho chiesto ai due colleghi esperti di particelle più bravi del mio dipartimento di Fisica su cosa punterebbero 100 euro se dovessero scommettere ora: l’Higgs sarà trovato o no? Il primo ha risposto che punterebbe sul sì. Il secondo ha risposto che punterebbe sul no.

Non resta che chiedere a Madre Natura. E questo è quello che sta facendo a Ginevra l’Lhc, il «Large Hadron Collider» che fa scontrare («collidere») protoni ad alta energia e cerca l’Higgs fra i frammenti che si formano. Se l’Higgs esiste deve avere una massa intorno ai 150 Gev (Gev è un’unità di massa usata in fisica delle particelle). Le misure fatte sempre a Ginevra con la macchina precedente, il Lep, hanno cercato l’Higgs fino a 114 Gev senza trovarlo. Misure indirette escludono che possa avere una massa superiore a 185 Gev. Misure in America hanno escluso quasi tutta la finestra fra 157 e 180 Gev. Con gli ultimi dati di Lhc (questa settimana) resta solo una finestra fra i 114 e i 141 Gev che l’Lhc sta esplorando passo a passo. Per ora niente, ma gli spazi rimasti per nascondersi si stanno chiudendo. La scoperta potrebbe essere annunciata da un momento all’altro. Oppure, per assicurarci che non ci sia, dovremmo esplorare gli anfratti ancora rimasti aperti, come una squadra di cacciatori preistorici che cerchi di snidare la lepre nascosta nel bosco.

Se la particella sarà osservata, sarà il trionfo conclusivo di una grandissima teoria, il Modello standard, e di una generazioni di fisici teorici che ha saputo guardare l’invisibile prima ancora di penetrarlo. Ma ci sarà anche un pelino di delusione: dobbiamo convivere con le strane ineleganze del Modello standard? Se invece la particella non c’è, vuol dire che la Natura è più sottile di come l’avevamo immaginata. Il Modello standard era solo un’approssimazione buona, ma non del tutto, e bisogna rimboccarsi le maniche e rimettersi a lavorare. Forse sarebbe più bello così. Che la Natura ci stupisca, e ci regali nuove sfide.

CARLO ROVELLI