16 gen, 2018

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Il bosone di Higgs

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bosone di higgsIl bosone di Higgs è una ipotetica particella elementare, massiva, scalare, prevista dal modello standard della fisica delle particelle. È l'unica particella del modello standard a non essere stata ancora osservata. 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. Al 2008 la particella non è mai stata osservata, ma ci sono alcune prove della sua esistenza. Il bosone di Higgs fu teorizzato nel 1964 dal fisico scozzese Peter Higgs, insieme a François Englert e Robert Brout, mentre stavano lavorando su un'idea di Philip Anderson, e indipendentemente da G. S. Guralnik, C. R. Hagen, e T. W. B. Kibble. Esso è dotato di massa propria. La teoria dà un limite superiore per questa massa di circa 200 GeV (≈3,5×10-25 kg). Al 2002, gli acceleratori di particelle, hanno raggiunto energie fino a 115 GeV. Benché un piccolo numero di eventi che sono stati registrati potrebbero essere interpretati come dovuti ai bosoni di Higgs, le prove a disposizione sono ancora inconcludenti. Ci si aspetta che il Large Hadron Collider, presso il CERN, la cui prima accensione è avvenuta il 10 Settembre 2008, sia in grado di confermare l'esistenza di tali bosoni. Poiché il campo di Higgs è un campo scalare, i bosoni di Higgs hanno spin zero. Il fisico Vlatko Vedral ha tuttavia avanzato la supposizione che l'origine della massa delle particelle sia dovuta all'entanglement quantistico tra i bosoni, analogamente a quanto espresso dalla sua teoria sull'effetto Meissner nei superconduttori da parte degli elettroni entangled. La particella nota col nome di Bosone di Higgs è il quanto di uno dei componenti del campo di Higgs. Nello spazio vuoto, il campo di Higgssimmetria di gauge elettrodebole, un fenomeno conosciuto come meccanismo di Higgs. Esso è il meccanismo più semplice in grado di dare massa ai bosoni di gauge compatibile anche con le teorie di gauge.

Nel Modello Standard, il campo di Higgs consiste in campi con due componenti neutri e due componenti carichi. Entrambi i componenti carichi ed uno dei campi neutri sono bosoni di Goldstone, che sono privi di massa e divengono, rispettivamente, le componenti longitudinali tri-polarizzate dei bosoni massivi W+, W- e Z0. Il quanto del restante componente neutro corrisponde al bosone di Higgs. Poiché il campo di Higgs è un campo scalare, il bosone di Higgs ha spin zero e non ha momento angolare intrinseco. Il bosone di Higgs è anche la sua stessa antiparticella ed è CP-even. Il Modello Standard non predice il valore della massa del bosone di Higgs. Se la massa del bosone di Higgs risulta compresa tra 115 e 180 GeV, allora il Modello Standard può essere valido a tutte le scale di energia fino alla scala di Planck (1016 TeV). Molti fisici teorici si aspettano che una nuova fisica emerga oltre il Modello Standard alla scala del TeV, a causa di alcune proprietà insoddisfacenti del Modello Standard stesso. Il valore più elevato della massa del bosone di Higgs (o di qualche altro meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole) è intorno ad un TeV; oltre questo punto, il Modello Standard diventa inconsistente senza tale meccanismo perché l'unitarietà è violata in certi processi di scattering. Molti modelli supersimmetrici predicono che il valore più basso possibile della massa del bosone di Higgs è appena al di sopra degli attuali limiti sperimentali, intorno a 120 GeV o meno.

Il bosone di Higgs non è stato ad oggi mai osservato sperimentalmente e la sua massa non è prevista dal Modello Standard. Ricerche dirette effettuate al LEP hanno permesso di escludere valori della massa inferiori a 114,4 GeV, e misure indirette dalle determinazioni dei parametri elettrodeboli danno indicazioni che i valori più probabili della massa siano comunque bassi, in un intervallo che dovrebbe essere accessibile ad LHC.

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