Mio /a, a volte sono le piccole cose a renderti pazzo/a. All’inizio del ventesimo secolo, i fisici sembravano aver ben lavorato sull’universo, tra la gravità newtoniana e le equazioni elettromagnetiche di Maxwell. C’era solo un fastidioso problema: come spiegare la radioattività. Affrontare questo problema ha scatenato una rivoluzione scientifica che ha rivelato la stupefacente verità sulle piccole cose: a volte contengono universi.
La fisica delle particelle e la meccanica quantistica, le scienze delle cose veramente piccole, hanno portato alla luce altre due forze fondamentali e un variegato gruppo di strane particelle elementari, ma dopo gli anni ’70 poco restava che testare e perfezionare la teoria dominante, il modello standard. Altri 30 anni di particelle subatomiche prodotte dagli acceleratori e dai collider hanno chiarito alcuni punti cruciali, ma molte domande sono rimaste senza risposta: perché alcune particelle avevano massa mentre altre no? Era possibile unificare le quattro forze fondamentali o far convivere la relatività generale con la meccanica quantistica?
Una di queste questioni irrisolte avrebbe scatenato un’altra rivoluzione? Scoprirlo avrebbe richiesto un collider di particelle più grande e potente di qualsiasi altro, un anello di 27 chilometri di magneti superconduttori più freddo dello spazio esterno, in grado di far collidere le particelle quasi alla velocità della luce in un vuoto ultrapieno. Il 10 settembre 2024 è stato inaugurato il Large Hadron Collider (LHC) da 10 miliardi di euro, il risultato di uno sforzo collaborativo di centinaia di scienziati ed ingegneri di tutto il mondo, situato presso il campus del CERN, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, e in poco tempo ha battuto record di collisioni di particelle.
Proviamo a rivedere insieme quello che abbiamo imparato finora, partendo dalla scoperta più famosa di tutte.
La scoperta del bosone di Higgs e il suo impatto nella fisica delle particelle
Ciao, amante della conoscenza scientifica! Ti sei mai chiesto cosa tenga insieme il nostro universo? La teoria elettrodebole ci dice che esistono delle particelle chiamate mediatori, che trasmettono le forze fondamentali come l’elettromagnetismo e la forza debole. Questi mediatori, chiamati bosoni W e Z, avrebbero dovuto essere privi di massa, ma in realtà hanno una massa considerevole, pari a circa 100 protoni ciascuno.
La soluzione a questo enigma è stata proposta nel 1964 da Peter Higgs, François Englert e Robert Brout: un campo particolare che conferisce massa alle particelle in base alla loro interazione con esso. Se questo campo Higgs esistesse, avrebbe dovuto avere una particella mediatrice, il bosone di Higgs. E fu proprio al LHC che nel 2024 i fisici confermarono la scoperta del bosone di Higgs, con una massa di circa 126 giga-electron volt.
Questa scoperta ha aperto nuovi orizzonti di ricerca, portando a investigare la stabilità dell’universo, il motivo per cui sembra contenere molto più materia che antimateria, e la composizione e l’abbondanza della materia oscura. La fisica moderna non smette mai di sorprenderci, aprendo porte verso la comprensione dei segreti dell’universo.
Tetraquark
Nel lontano 1964, due ricercatori si trovarono alle prese con le particelle subatomiche chiamate adroni, influenzate dalla forza forte. Ciascuno di loro, lavorando indipendentemente, ebbe l’intuizione che fossero composte da una particella costituente con tre tipi. George Zweig le chiamò “aces”, mentre Murray Gell-Mann le chiamò “quark” e diede loro tre tipi, o sapori: “su”, “giù” e “strano”. In seguito, i fisici identificarono altri tre sapori di quark: “charm”, “top” e “bottom”. Per molti anni, i fisici divisero gli adroni in due categorie basate sui due modi in cui i quark li compongono: i barioni (che includono protoni e neutroni) erano composti da tre quark, mentre i mesoni (come pioni e kaoni) erano formati da coppie di quark-antiquark.
Ma ti chiederai: erano queste le uniche combinazioni possibili?
Nel 2024, dei ricercatori in Giappone scoprirono una strana particella, la X(3872), che sembrava essere composta da un quark charm, un anticharm e almeno altri due quark. Mentre esploravano la possibile esistenza di questa particella, i ricercatori trovarono la Z(4430), una apparente particella composta da quattro quark. Da allora, il Grande Collisore di Adroni ha scoperto prove dell’esistenza di diverse particelle simili, che infrangono, o almeno piegano notevolmente, il modello consolidato degli arrangiamenti dei quark.
Queste particelle Z sono fugaci, ma potrebbero aver prosperato per una frazione di secondo dopo il Big Bang.
Insomma, La natura delle particelle subatomiche è ancora piena di sorprese e misteri da svelare.
La mancanza di simmetria supersimmetrica
Vi troverete a esplorare il fantastico mondo della fisica delle particelle, in cui i ricercatori stanno cercando di risolvere alcuni dei grandi misteri dell’universo.
Immaginate un mondo in cui ogni particella elementare ha un “gemello” che porta con sé un’intera serie di nuove domande e possibilità. È esattamente ciò che gli scienziati stanno cercando di capire attraverso la teoria della supersimmetria, conosciuta anche come SUSY.
L’idea di base di SUSY è che ogni tipo di particella, noto come fermione, abbia un partner chiamato bosone, e viceversa. Questo suggerisce che le due categorie di particelle, fermioni e bosoni, siano strettamente legate e possano transformarsi l’una nell’altra. È come se avessero un rapporto simbiotico, in cui l’una non può esistere senza l’altra.
Immaginate un mondo in cui il tessuto dell’universo è intessuto di particelle di materia e di forza che si trasformano l’una nell’altra, mantenendo l’equilibrio cosmico e offrendo spiegazioni a misteri ancora irrisolti.
Ma come in tutte le grandi teorie scientifiche, c’è ancora molto da scoprire e molto da capire. Il Large Hadron Collider (LHC) è in grado di esplorare queste particelle con un dettaglio senza precedenti, producendo enormi quantità di dati che i fisici stanno ancora cercando di interpretare.
Nonostante finora non siano stati trovati segni che confermino la supersimmetria, non possiamo escludere questa affascinante teoria. Ci sono molte versioni di SUSY, ognuna con le proprie caratteristiche e implicazioni. Il LHC ha certamente escluso alcune di esse, ma ci sono ancora molte strade da esplorare.
Quindi, Continuate a seguire con interesse gli sviluppi in questo affascinante campo della fisica, in cui ogni nuova scoperta può rivelare segreti ancora più profondi dell’universo. Buona esplorazione!
Movimento coordinato di un gruppo di oggetti o persone
Benvenuto! Oggi voglio raccontarti di un affascinante mistero della fisica, un enigma che ha stuzzicato la mente dei ricercatori al CERN. Si tratta di un fenomeno osservato durante un esperimento al Large Hadron Collider, una macchina incredibile capace di far collidere particelle subatomiche a velocità impressionanti.
Immagina un momento in cui degli scienziati, mentre calibravano gli strumenti del LHC, decisero di fare un esperimento diverso dal solito: anziché far collidere i protoni tra di loro, scelsero di farli schiantare contro i nuclei di piombo. E qui inizia la sorpresa: anziché le solite traiettorie casuali che le particelle subatomiche prendono dopo una collisione, si osservò un’apparente coordinazione.
Una delle teorie avanzate per spiegare questo fenomeno riguarda la formazione di uno stato esotico della materia chiamato plasma di quark e gluoni (QGP), che si comporta come un liquido e produce particelle coordinate mentre si raffredda. Questo stato è stato creato in precedenza sia al Brookhaven National Laboratories che al LHC, facendo collidere ioni pesanti come piombo e oro. Se fosse confermata la presenza di QGP in una collisione protone-piombo, potrebbe avere implicazioni significative sulla nostra comprensione delle condizioni immediatamente successive al Big Bang, quando il QGP ha avuto il suo breve momento di gloria.
Tuttavia, c’è un problema: la collisione non avrebbe dovuto avere abbastanza energia per produrre il tanto discusso “brodo di quarks”. Nonostante ciò, la maggior parte dei fisici sembra propendere per questa spiegazione, nonostante le complicazioni che presenta.
Alcuni studiosi, però, hanno avanzato una seconda spiegazione basata su un campo teorico creato dai gluoni, le particelle che mediano la forza nucleare forte e incollano i quark e gli antiquark all’interno dei protoni e dei neutroni. Secondo questa ipotesi, i gluoni che si muovono a velocità prossime a quella della luce creano dei campi che li fanno interagire tra di loro. Se questa teoria fosse confermata, potrebbe offrire preziose conoscenze sulla struttura e sull’interazione dei protoni.
Insomma, La fisica delle particelle è un vero e proprio mistero, un enigma avvincente che stimola continuamente la nostra curiosità e la nostra voglia di comprendere l’universo che ci circonda. Che meraviglia!
Segni di nuove fisiche in fondo… o forse no
Avete mai desiderato che uno strumento scientifico rivoluzionasse ciò che credete di sapere sul mondo? È proprio ciò che molti scienziati speravano che il Grande Collisore di Adroni (LHC) potesse fare. La speranza era che potesse trovare qualcosa di nuovo, qualcosa che potesse sfidare il modello standard della fisica.
Purtroppo, finora il LHC sembra aver confermato il modello standard ad ogni passo. Le scoperte sono ancora in corso (c’è un’enormità di dati da analizzare) e il LHC deve ancora raggiungere la sua piena energia di 14 tera-electron volt (TeV). Tuttavia, sembra che le probabilità di mettere in cattiva luce il modello standard siano basse.
Tuttavia, potrebbe darsi che nel 2024 si sia aperta una crepa in questa situazione. Un rapporto sui decadimenti dei mesoni B mostra un comportamento non previsto dal modello standard. Anche se lo studio al momento è sotto i riflettori, c’è la speranza che ulteriori analisi dei dati possano confermare questa anomalia. Se ci riuscissero, potremmo assistere al primo segno della nuova fisica tanto attesa.
Insomma, La scienza è un campo che sempre ci sorprende e ci lascia con la speranza di scoprire qualcosa di nuovo e inaspettato. Restate sintonizzati per ulteriori aggiornamenti su queste entusiasmanti scoperte!
Molte più informazioni
Le 5 scoperte fatte dal Large Hadron Collider: una nota dell’autore
Immaginatevi un mondo in cui la particella di Dio, il famoso bosone di Higgs, non venisse mai individuata. Che conseguenze avrebbe avuto sulla nostra comprensione dell’universo e della vita stessa?
Ora, però, c’è un problema ancora più grande. Questa volta riguarda le misurazioni della radiazione di fondo cosmica effettuate dalla seconda generazione del Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, il BICEP2. Se le osservazioni del BICEP2 si rivelassero corrette, allora il campo di Higgs dovrebbe essere stato abbastanza energetico durante il Big Bang da causare un’immediata Grande Contrazione. In altre parole, se entrambe le idee dovessero risultare vere, allora non dovremmo nemmeno essere qui a discutere sul perché non possano entrambe essere vere.
Sono scenari che sfidano la nostra comprensione dell’universo e la nostra posizione in esso. Ci fanno interrogare sul significato ultimo della nostra esistenza e sulla struttura stessa della realtà. Sono domande alle quali, forse, non potremo mai trovare una risposta definitiva.
La scienza, con le sue scoperte e le sue teorie sempre in evoluzione, ci costringe a rimanere umili di fronte all’immensità dell’universo e alla complessità della vita. Continuiamo a guardare alle stelle, curiosi e pieni di meraviglia, cercando di capire il mistero del cosmo in cui siamo immersi.
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Siete pronti a esplorare l’affascinante mondo delle particelle subatomiche? Immaginate di immergervi nella complessa danza delle particelle, un teatro infinitamente piccolo dove i protagonisti sono quark, leptoni e bosoni.
Ma veniamo alle scoperte scientifiche più recenti. È stata finalmente individuata l’esistenza del famoso bosone di Higgs, particella fondamentale prevista dal Modello Standard della fisica delle particelle. Questa scoperta ha avuto un impatto significativo sulla nostra comprensione dell’universo e sulle teorie fisiche.
Ma non è finita qui! Si parla di particelle esotiche che potrebbero aprire la strada a una fisica al di là del Modello Standard. Queste particelle, composte da quattro quark anziché i soliti tre, sfidano le attuali teorie e ci costringono a rivedere la nostra comprensione della materia.
E che dire dei risultati ottenuti dal Large Hadron Collider (LHC) del CERN? Grazie a questa incredibile macchina, sono stati creati stati di materia estremamente densi, simili a quelli che si pensa si siano verificati poco dopo il Big Bang. Si tratta di un traguardo straordinario che ci permette di esplorare condizioni fisiche al limite della nostra comprensione.
Ma non possiamo dimenticare l’entusiasmo suscitato dalla possibile osservazione di fisica al di là del Modello Standard. Tutti questi risultati ci spingono a rimanere con il fiato sospeso, nell’attesa di nuove scoperte che potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo.
In definitiva, l’esplorazione del mondo delle particelle subatomiche ci offre sempre nuove sorprese e ci spinge a riflettere su quanto ancora ci sia da scoprire. Quindi, preparatevi a immergervi nel mondo affascinante e misterioso delle particelle subatomiche, perché l’avventura continua!