In ottomila alla ricerca della particella di Dio.

Il Modello Standard (MS) è una teoria che descrive tutte le particelle elementari ad oggi note e tre delle quattro forze fondamentali note, ossia le interazioni forti, quelle elettromagnetiche e quelle deboli (queste ultime due unificate nell'interazione elettrodebole). Si tratta di una teoria di campo quantistica, coerente sia con la meccanica quantistica che con la relatività speciale.
Ad oggi, le previsioni del Modello Standard sono state in larga parte verificate sperimentalmente con un'ottima precisione. Tuttavia, esso non può essere considerato una teoria completa delle interazioni fondamentali. Non comprende infatti la gravità per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica coerente. Non prevede, inoltre, l'esistenza della materia oscura che costituisce gran parte della materia esistente nell'universo.
Nel Modello Standard le particelle fondamentali sono raggruppate in due categorie:
* le particelle costituenti la materia, che risultano essere tutti fermioni, ovvero i quark ed i leptoni. Questi ultimi comprendono i leptoni carichi ed i neutrini.
* le particelle mediatrici delle forze, che risultano essere tutte bosoni.
I fermioni, chiamati così in onore del fisico italiano Enrico Fermi, si distinguono dai bosoni per il fatto di obbedire al principio di esclusione di Pauli:
un singolo stato quantico non può essere occupato da più di un fermione,
mentre i bosoni sono invece al contrario liberi di affollare in gran numero uno stesso stato quantico. Il principio di esclusione di Pauli al quale sottostanno i fermioni è responsabile della "rigidità" della materia ordinaria e della stabilità degli orbitali atomici, rendendo possibile la chimica complessa.
Tutta la materia ordinaria che osserviamo nel mondo macroscopico è costituite da quark e leptoni: è infatti costituita da atomi che sono a loro volta composti da un nucleo ed uno o più elettroni, che sono i più leggeri tra i leptoni carichi. Il nucleo è costituito a sua volta da protoni e neutroni che sono composti ciascuno da tre quark.
I fermioni nel Modello Standard sono raggruppati in tre famiglie, sia per i leptoni che peri i quark: Le tre famiglie di leptoni, comprendono ciascuna una particella carica (rispettivamente elettrone, muone e tau) ed un corrispondente neutrino. Le tre famiglie di quark prevedono ciascuna un quark di carica + 2 / 3 ed uno di carica − 1 / 3. I quark più leggeri sono up (u) e down (d), che combinati secondo lo schema uud formano il protone (di carica + 2 / 3 + 2 / 3 − 1 / 3 = 1), mentre combinati secondo lo schema udd formano il neutrone (di carica + 2 / 3 − 1 / 3 − 1 / 3 = 0).
I bosoni sono il fotone, che media l'interazione elettromagnetica, i due bosoni carichi W, ed il bosone Z, che mediano l'interazione debole, i gluoni, che mediano l'interazione forte. Nel Modello Standard è anche prevista la presenza di almeno un bosone di Higgs, la cui massa non viene prevista dal Modello.
I gravitoni, cioè i bosoni che si pensa possano mediare l'interazione gravitazionale in una sua possibile formulazione quantistica, non sono considerati nel Modello Standard.
Il Modello Standard risponde all'esigenza dell'unificazione delle forze. Nel passato ci sono stati esempi di unificazione delle forze: Isaac Newton ha attribuito ad un'unica forza di gravità sia la caduta dei gravi che il moto dei pianeti. Questa unificazione ha preso il nome di gravitazione universale. James Maxwell, con le sue equazioni, ha unificato le forze elettriche e magnetiche in un'unica interazione elettromagnetica. La stessa forza elettromagnetica è stata unificata con la forza di interazione debole dando luogo alla forza elettrodebole. Un'ulteriore unificazione sembra sia possibile tra l'interazione elettrodebole e quella forte. Queste teorie non sono in grado però di spiegare i bosoni dotati di massa.Per descrivere correttamente particelle massive, nel Modello Standard viene anche introdotto un meccanismo di rottura spontanea della simmetria. Viene introdotto un ulteriore bosone detto bosone di Higgs. Il meccanismo di Higgs è anche in grado di spiegare, ma non prevedere quantitativamente, la presenza delle masse dei fermioni, oltre alle masse dei bosoni. Il bosone di Higgs non è stato ad oggi mai osservato sperimentalmente e la sulla sua massa non è prevista nel Modello Standard. Questa particella gioca un ruolo fondamentale all'interno del modello: la teoria la indica come portatrice di forza del campo di Higgs che si ritiene permei l'universo e dia massa a tutte le particelle. Esso è dotato di massa propria. La teoria dà un limite superiore per questa massa di circa 200 GeV, cioè un miliardo di elettronvolt (Un elettronvolt, simbolo eV, è l'energia acquistata da un elettrone libero quando passa attraverso una differenza di potenziale elettrico di 1 volt) . Allo stato attuale non erano ancora stati costruiti acceleratori di particelle che avessero una tale potenza. Adesso però a partire da luglio al Cern di Ginevra sarà finalmente messa in funzione una macchina che potrà farlo.Si chiama Lhc ,"Sappiamo che qualcosa succederà. È un momento storico per la scienza, e quel che scopriremo potrebbe cambiare i libri di testo. Fra un anno o due, c'è la possibilità che si scopra l'origine della materia oscura che costituisce il venticinque per cento dell'universo". Così si esprime una ricercatrice impegnata nel progetto. Per dare un'idea le particelle viaggeranno in un tunnel circolare sotterraneo lungo 27 chilometri. "Il fascio di protoni viaggia all'interno di una conduttura sotto vuoto, e viene guidato da magneti che gli danno la curvatura necessaria lungo l'anello. Sono 1232 magneti superconduttori, ognuno un bestione lungo 15 metri e pesante 32 tonnellate, alimentati a 12mila ampére. Specie di thermos, che all'interno hanno una massa raffreddata a 1,9 kelvin, cioè meno 271 gradi". A quella temperatura, le bobine di niobio-titanio non presentano resistenza. Vedi l'articolo sulla superconduttività in questo blog. . I fasci di protoni (cento miliardi di protoni, in 2800 "pacchetti") viaggeranno all'interno di un condotto (dieci cm di diametro interno) dove viene creato l'"ultravuoto", più vuoto che nello spazio, un decimillesimo di miliardesimo della pressione al livello del mare. I protoni andranno alla velocità della luce, e faranno il giro dei 27 chilometri undicimila volte al secondo. Alla massima potenza, ogni fascio avrà un'energia pari a quella di un auto lanciata a 1600 chilometri orari. Ogni protone 7 TeV(un TeV è mille GeV cioè un milione di mega elettonvolt, cioè mille miliardi di elettronvolt), quindi ogni collisione raggiungerà i 14TeV: una soglia mai raggiunta, e considerata necessaria per liberare e riconoscere particelle mai viste.Qui, nel 1990, Tim Berners-Lee inventò il web, quel www che tutti ora conoscono: c'è ancora, in vetrina, il pc marca Next che venne usato. E qui si è creato adesso il Grid: "La necessità di calcolo era enorme, e si è pensato a una "griglia" che funzionasse come la rete elettrica. L'Lhc produrrà 15 milioni di gigabytes di dati ogni anno, qualcosa come tre milioni di dvd". Questa capacità di calcolo, e di stoccaggio dati, è stata distribuita in circa duecento centri sparsi per il mondo, e interconnessi. In Italia il nodo è Bologna, a sua volta collegato con altri nove istituti. I ricercatori che collaboreranno a questa ricerca sono circa ottomila. Chissà forse insieme a molti altri misteri sarà finalmente osservato il bosone di Higgs. Data la sua importanza nella teoria della fisica delle particelle è stato soprannominato dal Premio Nobel per la Fisica, Leon Max Lederman, come "la particella di Dio".