Il bosone di Higgs

Per spiegare che cos’è il bosone di Higgs bisognerebbe cominciare dalla struttura dell’atomo; e se lo facessi davvero dovrei fermarmi subito, sapendo di aver perso per strada i quattro quinti (forse anche i cinque sesti) dei miei potenziali lettori. Le scorciatoie non sono possibili, bisogna proprio passare di lì, dalla struttura degli atomi. Dato che la maggior parte delle persone non ha fatto studi scientifici (c’è anche chi se ne vanta, e chi lo considera come cosa normale, nel senso che solo i pazzi studiano la Natura), già la definizione di atomo o di molecola sarebbe un’impresa, figuriamoci se dovessimo arrivare ai bosoni, agli adroni e ai gluoni.
Tempo fa, per esempio, avevo accennato qui alla difficoltà di parlare dell’Azoto: l’argomento erano le confezioni dei salumi affettati, quindi qualcosa di molto comune, ma al solo nominare l’Azoto (noi passiamo la nostra vita immersi nell’Azoto, per chi non lo sapesse) ho sempre visto attorno a me facce perse, non connesse, sgomente. Figuriamoci quindi cosa potrebbe succedere se ci si mettesse a parlare dei bosoni.

E’ per questo motivo, per la comprensibile e prevedibile difficoltà di parlare di questi argomenti, che mi sono stupito e irritato (più irritato che stupito) nel leggere e ascoltare in questi giorni commenti sul bosone di Higgs, anche da parte di giornalisti e scrittori che reputavo seri, con molte stupidaggini e battute di quart’ordine messe perfino in prima pagina. L’atteggiamento è quello stesso reso famoso da Paolo Villaggio con uno dei grandi capolavori del cinema, "La corazzata Potiomkin" di Sergej Eisenstein: “io non ci capisco niente, e quindi dev’essere una cazzata”. Gli psicologi chiamano questo atteggiamento col nome di narcisismo (“io non lo capisco e non mi interessa, in me finisce tutto il mondo”), io aggiungerei un bel po’ di leggerezza e anche una buona dose di stupidità. Questi atteggiamenti, le battute di spirito sul bosone o sul neutrino o sui nanocurie, sono ben comprensibili e più che perdonabili nel nostro vivere quotidiano, diventano errori grossolani e imperdonabili nelle notizie dei giornali e telegiornali.
Perché poi il mondo, per chi non lo avesse ancora capito, sulle scoperte dei fisici e dei chimici va avanti. E’ vero, hanno nomi difficili e alle volte ridicoli, ma se avete in mano un tablet, se fate una risonanza magnetica, se mandate un sms e se usate i pannelli solari fotovoltaici, lo si deve agli studi dei fisici. Per esempio, qualcuno di quelli che hanno fatto gli spiritosi col bosone e col neutrino sa spiegare come funziona l’apertura automatica delle porte al supermercato? Queste scoperte hanno avuto effetti imprevedibili sulla nostra vita quotidiana, e ne avranno ancora; ma si preferisce far passare per coglioni gli scienziati, così va il mondo.

Tornando a noi, per parlare del bosone bisogna prima conoscere la struttura dell’atomo: fino a tutto l’Ottocento si pensa che l’atomo sia indivisibile, poi si scoprirà che non è così, verranno la bomba atomica e le centrali nucleari, e da allora si scopriranno molte particelle più piccole dell’atomo. Il loro numero è altissimo, impossibile elencarle tutte senza fare un trattato di fisica.
La struttura dell’atomo comincia a capirsi da metà Ottocento, per la precisione dalla pubblicazione degli studi di Mendeleev sulla Tavola Periodica degli Elementi. Dopo i primi tentativi più o meno riusciti, sempre sulla base del Sistema Periodico, nei primi anni del Novecento si arriva a un modello atomico accettabile: un nucleo intorno al quale ruotano gli elettroni. Il nucleo è composto da protoni (carica positiva) e neutroni (senza carica); intorno al nucleo ruotano gli elettroni (carica negativa). Il modello dei pianeti che girano intorno al Sole è tutto sommato accettabile per una prima comprensione; però va detto che nessun professore di Chimica o di Fisica vi darà mai la sufficienza se andate a ripetergli quest’idea di modello atomico.
Oltre a queste tre particelle, neutrone protone ed elettrone, ve ne sono molteplici altre: i neutrini, i quark, i fermioni, i bosoni, i fotoni (la luce, stessa radice greca di fotografia), e poi adroni, gravitoni, gluoni, leptoni, mesoni, barioni...Volete fare delle battute di spirito su ognuno di questo nomi? Prego, è facilissimo: quando arriverà il turno dei fotoni con battute e giochi di parole ci divertiremo un sacco.
Chi scrive da professionista, chi conduce una trasmissione in tv o dirige un sito internet, ha delle responsabilità. Le battute sul bosone, per piacere, facciamole tra di noi, al bar, in mensa, in pizzeria. La scoperta del bosone di Higgs è di quelle che cambieranno il mondo, come accadde con la bomba atomica: da allora, da Hiroshima e Nagasaki, il mondo non è più stato lo stesso.

L’effetto fotovoltaico, per esempio, è ancora collegato al Premio Nobel dato ad Albert Einstein: se avete appena messo i pannelli solari, o se li ha messi il vostro vicino di casa, capirete facilmente che la Scienza, la Fisica e la Chimica, sono strettamente connesse con la nostra vita, e che i noiosissimi scienziati che se ne occupano influiscono sul nostro vivere quotidiano molto più di quasi tutti i politici e gli economisti. Nel bene come nel male, s’intende.
Questo è tutto quello che mi sento di dire, cos’è il bosone di Higgs non l’ho ancora capito bene neanch’io. Di sicuro, l’averlo chiamato “la particella di Dio” non aiuterà a farlo capire, è una bella definizione ma si rischia l’attacco degli integralisti ignoranti.
Metto qui sotto qualche definizione che può essere utile: per esempio la definizione di bosone, che prendo dal Dizionario di Fisica a cura di Corrado Sacchi, ed. Cappelli: «Bosoni: particelle di spin intero, che seguono la statistica di Bose-Einstein e non rispettano il principio di Pauli.»
Lo spin è il movimento di rotazione su se stesse delle particelle subatomiche; Wolfgang Pauli era austriaco, uno dei più grandi fisici del Novecento, premio Nobel nel 1945 proprio per quella scoperta, il “principio di Pauli”, che si riassume così: «Principio di esclusione di Pauli: nello stesso atomo non possono trovarsi due elettroni con tutti e quattro i numeri quantici uguali.» (dal Dizionario Cappelli di Fisica, a cura di Corrado Sacchi – ed. Cappelli 1983)

Il nome “bosone” deriva dal cognome del fisico indiano Satyendranath Bose (1894-1974), nella foto che ho messo sopra; qui vicino invece c'è una foto di Peter Higgs.
Einstein ha legato massa ed energia cinetica, cioè il movimento, nella sua formula più famosa; e a questo punto serve un’altra definizione: «Massa: misura della quantità di materia che compone un corpo. La massa non dipende dalle forze eventualmente agenti sul corpo». (dal Dizionario Cappelli di Fisica, a cura di Corrado Sacchi – ed. Cappelli 1983).
E qui si arriva al punto cruciale, quello che ha portato alla definizione del bosone di Higgs come “particella di Dio”: la massa, cioè la materia. Non più soltanto luce, radiazione, ma la materia: cioè la Creazione, la Natura, noi stessi come presenza fisica e materiale. Comincia così anche la Bibbia: in principio era il Verbo, poi venne la Luce, in seguito tutto il resto, materia compresa.
Il bosone di Higgs è dunque legato, se non ho capito male (anch’io ne capisco pochissimo, lo ammetto), alla presenza della massa: cioè di qualcosa che si può toccare, la materia. è all’origine della definizione “particella di Dio”.
Un’altra questione importante della Fisica è infatti legata alla natura delle particelle, per esempio degli elettroni: sono materia, oppure onde, radiazioni? Gli elettroni sono tra i principali costituenti della materia, quindi la domanda è fondamentale. La risposta, per ora, è questa: alle volte si comportano come materia, altre volte come onde.
In definitiva, dunque, il mondo è soltanto apparenza?

Sulla natura ondulatoria o meno della materia si aprono panorami stupefacenti, che vanno dalle filosofie e religioni orientali (Fritjof Capra, Il Tao della Fisica, ed. Adelphi) fino alla Resurrezione e Trasfigurazione, ma qui mi fermo perché mi sento del tutto inadeguato. In fin dei conti, sono rimasto fermo al mio piccolo diploma di perito chimico, ormai vecchio di quarant’anni, qui ci vorrebbe qualcuno più capace di me e io davanti a questi argomenti così alti e difficili ho già le vertigini da un bel po’, lo confesso. Cedo quindi la parola ad altri, per un’ulteriore appendice che può essere utile; dato che l’amico Qfwfq non è al momento raggiungibile, mi rivolgo a wikipedia.
da http://www.wikipedia.it/ :
In meccanica statistica, la statistica di Bose-Einstein, anche detta distribuzione di Bose-Einstein o abbreviata in statistica B-E, determina la distribuzione statistica relativa agli stati energetici all'equilibrio termico di un sistema di bosoni, nell'ipotesi che siano identici e indistinguibili tra loro. La statistica di Bose-Einstein e la statistica di Fermi-Dirac approssimano la statistica di Maxwell-Boltzmann nel caso in cui siano coinvolte alte temperature o basse concentrazioni. La trattazione quantistica delle particelle si applica quando la distanza tra le particelle si avvicina alla loro lunghezza d'onda termica di de Broglie, cioè quando le funzioni d'onda associate alle particelle si incontrano in zone nelle quali hanno valori non trascurabili, ma non si sovrappongono. Poiché la concentrazione quantistica dipende dalla temperatura, le alte temperature fanno in modo che la maggior parte dei sistemi si collochi entro i limiti classici, a meno che essi abbiano una densità molto alta, come ad esempio in una stella nana bianca.
La statistica di Bose-Einstein è particolarmente utile nello studio dei gas, a differenza della statistica di Fermi-Dirac, utilizzata più spesso nello studio degli elettroni nei solidi. Per questi motivi esse costituiscono la base della teoria dei semiconduttori e dell'elettronica.
I bosoni, contrariamente ai fermioni, non seguono il principio di esclusione di Pauli: un numero illimitato di particelle possono occupare lo stesso stato energetico contemporaneamente. Questo spiega perché a basse temperature i bosoni possono diventare molto diversi dai fermioni; infatti essi tendono ad ammassarsi nello stesso livello di bassa energia, formando ciò che è noto come condensato di Bose-Einstein. La statistica di Bose-Einstein è stata introdotta nel 1920 da Satyendra Nath Bose per i fotoni ed è stata estesa agli atomi da Albert Einstein nel 1924.
Per finire, come facciamo noi umani per vedere i bosoni e i neutrini e tutte queste cose? Uno dei metodi lo ha spiegato in tv Marco Paolini poche settimane fa, al termine del suo spettacolo su Galileo: la rilevazione si fa con pellicola fotografica, un rullino, una polaroid. Sulla pellicola fotografica, nelle giuste condizioni e con le giuste apparecchiature, i neutrini lasciano una traccia che poi va decifrata. Qualcosa di simile accade anche per le altre particelle subatomiche, bosoni compresi.
(nelle immagini, prese da wikipedia e da ritagli di giornali: i due fisici Bose e Higgs, Einstein con Charlie Chaplin, e una foto famosa di Italo Calvino sui tetti di Roma) (l’ukulele atomico viene da http://mudwerks.tumblr.com )