Il mistero e il fascino del Bosone di Higgs

Il bosone di Higgs è chiamata “particella di Dio” solo per una abbreviazione di una traduzione; infatti inizialmente nel 1964 quando Higgs disse che esisteva una tale particella, in un libro fu definita “Goddam particle” cioè particella maledetta perché non si riusciva a trovare. Per abbreviare fu scritto solo “God particle”: poiché God significa Dio, da allora si chiama particella di Dio. In realtà non è niente di religioso o ultraterreno. 

Si tratta di una presenza nella materia tra le piccole particelle sub-atomiche (all’interno dell’atomo) che è 135 volte più grande come peso di un protone. Il protone (presente nel nucleo centrale dell’atomo) ha un peso tale che per fare un grammo ne servono 100  miliardi di miliardi; pesa cioè  10 elevato alla meno 19  Kg. In realtà prima della scoperta di questa particella (detta di Dio) le varie leggi della fisica di Einstein sulla relatività, di Maxwell sulle onde magnetiche e di Max Planck sullo scambio di energia erano coerenti tra loro ma non spiegavano secondo il “modello standard” la legge di Newton sulla gravità. Cioè non spiegavano la presenza di una massa, di un peso delle varie componenti. Cioè chi dà il peso alle cose piccole o grandi? … la forza gravitazionale (la spinta verso il basso) ma in che modo.

Il bosone di Higgs (particella di Dio) spiega questo mistero. La presenza di questa particella comunica,  trasferisce,  illumina  le altre particelle e le fa diventare materiali e non vuote. Ovvero, il  bosone  di  Higgs trasmette la sua materia agli altri componenti creando i vari pesi (o masse) e facendo esistere quindi la natura così  come noi la vediamo. Ciò avviene in quanto le particelle (protoni, neutrini, elettroni, ecc.) attraversando il campo dove è presente il bosone di Higgs rallentano, perdono energia  (l‘energia cinetica, dovuta alla velocità),  e diventano pesanti, materialmente reali, consistenti e subiscono poi la forza di gravità (la spinta verso il centro della terra).

Misteriosamente soltanto i fotoni (i trasmettitori di luce) non subiscono nessun effetto per la presenza di questa particella e proseguono la loro corsa sempre alla velocità della luce (circa 300.000 Km al secondo). Sembra che la luce non si faccia influenzare dalla “particella di Dio” ma resti invece indipendente. Questa ipotesi è molto affascinante, vero? Sicuramente sarà oggetto di altri studi e ricerche da parte degli studiosi di fisica. 

Siamo ancora molto lontani dallo spiegare l’origine dell’universo. Inoltre, questa reazione tra il bosone e le altre particelle secondo i fisici è avvenuta nel primo miliardesimo di secondo dopo il “Big bang” cioè lo scoppio che ha dato origine all’universo (circa 13 miliardi di anni fa). E da quel momento il puntino che ha originato tutto si sta costantemente espandendo verso l’infinito dando origine sempre a nuove galassie più recenti. Secondo questa ipotesi esistono da qualche parte altri mondi che sono nati molti miliardi di anni dopo il nostro.   

Altre ipotesi dicono che tutto quello che esiste dopo il “Big bang” esiste anche in forma negativa (opposta) da un’ altra parte: cioè nell’universo esiste una materia negativa (detta anti-materia) che si è prodotta allo scoppio del big bang e se si ricongiunge con la materia reale tutto scompare un’altra volta nel nulla assoluto (cioè +1 - 1 = 0). Filosofia? Fantasia? Può essere… Intanto non ci sono prove né a favore né contrarie e possiamo ipotizzare di tutto.

La luce delle stelle 'nonne' del Sole catturata nella "nebbia" cosmica dell'Universo primordiale

Il telescopio spaziale "Fermi" della Nasa misura la nebbia cosmica dell'Universo primordiale. Si tratta delle antenate del Sole, sono le prime stelle ad aver brillato nell'universo. Gli astronomi auspicano di osservarle direttamente tramite i telescopi di nuova generazione, ma per ora lo studio di questi affascinanti fossili cosmici si basa su misure indirette. Come quella appena realizzata grazie a "Fermi", ossia il telescopio spaziale della NASA dedicato allo studio dei raggi gamma di origine cosmica. La luce emessa dalle stelle nelle varie ere cosmiche riempie infatti lo spazio, interagendo con i raggi gamma derivanti dalle galassie più lontane e generando in tal modo un "effetto nebbia" osservabile dagli strumenti di Fermi. Lo studio è stato guidato da Marco Ajello e Giovanni Caldara, giovani studiosi operativi al Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology dell'Università di Stanford. Questo risultato, apparso sulla celebre ''Science'', dà una misura della luce emessa dalle differenti generazioni di stelle, agevolando le esplorazioni delle fasi di formazione stellare nella storia dell'Universo.

Quando "Fermi" osserva l'emissione di raggi gamma da galassie molto lontane, le vede più fioche. La situazione è simile a quando guardiamo i fari di un'auto immersa nella nebbia. Ma qual è l'origine di questa "nebbia cosmica"? I raggi gamma sono "pacchetti di luce" molto simili alla luce visibile ma estremamente più energetici. Ad esempio "Fermi" può osservare raggi gamma con energia di milioni fino a centinaia di miliardi di volte quella della luce visibile. Questi "pacchetti di luce", o fotoni, possono essere distrutti dall'interazione con altri fotoni, ad esempio di luce visibile o ultravioletta. Le leggi della Fisica ci insegnano infatti che in questo scontro i due fotoni vengono convertiti in una coppia particella-antiparticella, in questo caso un elettrone e un positrone. Nel loro percorso nello spazio, i raggi gamma possono quindi subire queste interazioni e venire assorbiti, lasciando pochi sopravvissuti capaci di raggiungere i nostri telescopi. Il risultato è che l'immagine in raggi gamma delle galassie più lontane ci appare più debole. Questo assorbimento è particolarmente importante per i raggi gamma di altissima energia, ad esempio superiore a 25 miliardi di volte l'energia della luce visibile. Il vero responsabile di questa nebbia cosmica è quindi la luce di fondo emessa dalle stelle nel corso delle epoche cosmiche, detta dagli astronomi "luce extragalattica di fondo". 

Per analizzare gli effetti della luce extragalattica di fondo è infatti importante osservare galassie molto lontane. In questo caso infatti i raggi gamma devono infatti attraversare miliardi di anni luce e hanno così più possibilità di interazione. Le sorgenti di raggi gamma più adatte a questo obiettivo sono sicuramente i blazar, remote galassie che ospitano al loro centro un buco nero supermassivo, che inghiotte materia convertendola in radiazione di alta energia, fra cui i raggi gamma osservabili con "Fermi". Fra le quasi 2000 sorgenti di raggi gamma osservate da "Fermi", Ajello e colleghi hanno selezionato un campione di 150 blazar particolarmente brillanti nei raggi gamma di altissima energia. L'effetto della luce extragalattica di fondo è infatti molto difficile da misurare usando una singola galassia, pertanto i ricercatori hanno raccolto le osservazioni di tutti i 150 blazar e le hanno combinate in modo da evidenziare in modo chiaro l'assorbimento dei raggi gamma. Gli astronomi sono a conoscenza del fatto che osservare lontano nello spazio equivale a guardare indietro nel tempo, perché la luce impiega un tempo finito a giungere fino a noi, portandoci un'immagine "in differita" dell'universo. Le osservazioni di Fermi hanno dunque consentito di stimare la luce extra-galattica di fondo in una fase che va da circa 9,6 miliardi di anni fa fino ad oggi. 

Dalle osservazioni è emerso così che la densità media delle stelle in queste epoche cosmiche è pari a circa 1,4 stelle per ogni cento miliardi di anni luce cubi. Questo vuol dire che nell'Universo la distanza media fra una stella e l'altra nel cosmo è di quasi quattromila anni luce. “Non siamo ancora in grado di stabilire quando la prima stella iniziò a brillare, ma abbiamo sbirciato nell'epoca in cui il nostro universo si stava formando” ha dichiarato Marco Ajello, coautore dello studio e astrofisico all'Università di Stanford. I risultati del telescopio “Fermi”, quindi, ci avvicinano all'individuazione dell'attimo in cui si accese la prima stella e potranno aiutarci a fare chiarezza sul periodo buio dell'universo che precedette la prima luce – e anche sullo stesso Big Bang. Il periodo di 400 milioni di anni di buio assoluto che seguì il Big Bang rimane una sorta di “scatola nera scientifica”. Scoprire più precisamente cosa abbia portato alla formazione delle stelle – e quindi alla luce- sarà il compito, entro la fine del decennio, di diversi telescopi di enormi dimensioni e molto sofisticati.

( a cura di massimiliano razzano da La Repubblica )

fonte: http://www.repubblica.it/scienze/2012/11/03/news/prima_luce_universo-45834278/

Tra 17 miliardi di anni l'universo si ridurrà in brandelli

La fine dell'Universo avverrà tra 16,7 miliardi di anni, quando ci sara' un 'grande strappo' provocato dall'energia oscura, ovvero la forma ancora misteriosa di energia che costituisce il motore dell'espansione dell'universo e che lo occupa per il 70 per cento. Lo affermano i fisici teorici dell'Accademia cinese delle scienze, in base ai calcoli da loro elaborati e pubblicati sulla rivista Science China: l'energia oscura condurrà l'Universo ad espandersi fino a provocare 'strappi' che lo ridurranno in brandelli. Rivedendo alcuni dei parametri di una delle ipotesi cosmologiche piu' accreditate sul destino dell'Universo, il ''Big Rip'' o grande strappo, gli studiosi cinesi hanno determinato che il tempo ancora a disposizione prima della 'morte' dell'Universo sia attorno ai 17 miliardi di anni. In una inesorabile catena di eventi, la Via Lattea si smembrera' 33 milioni di anni prima della 'fine', mentre la Terra verra' prima strappata via dalla sua orbita e infine, 16 minuti prima della morte dell'Universo, sarà dissolta. La visione catastrofistica e' la diretta conseguenza della recente teoria denominata ''Big Rip'' ed elaborata nel 2003, sulla base delle conoscenze attuali sull'espansione accelerata dell'Universo. Si sa infatti a partire dagli anni Novanta che l'universo, nato dal ''Big Bang'' o grande esplosione 13,7 miliardi di anni fa, sia soggetto ad un'espansione rapida, ossia si espanda in modo 'forzato', sotto la 'spinta' prevista in principio dai modelli teorici della relativita' e oggi identificata come energia oscura, una sorta di energia del vuoto che 'allarga' lo spazio e che costituirebbe il 70% dell'Universo. Secondo la teoria del Big Rip, a causa dell'espansione accelerata ogni oggetto fisico, a partire dalle galassie ai pianeti e agli esseri viventi fino agli atomi, verra' lentamente 'stirato'; letteralmente fatto a pezzi e ridotto a singole particelle elementari che continueranno ad allontanarsi tra loro in una sorta di gas sempre meno denso, in un lento e inesorabile strappo. Studiando alcuni dei parametri legati al destino dell'Universo, in modo particolare la relazione fra pressione e densita' della materia oscura, i ricercatori hanno sviluppato uno scenario futuro in cui, con un livello di fiducia del 95 per cento, il tempo ancora a disposizione per l'Universo sia al massimo 17 miliardi di anni.