Simulazione del decadimento del bosone di Higgs in quattro muoni. Crediti: Taylor, Lucas / CERN, CMS
Fino a tre anni fa nemmeno eravamo certi che esistesse. Ora c’è addirittura chi ricostruisce gli alti e bassi della sua biografia, finendo pure per addossargli la colpa della scomparsa dell’antimateria. Lui è Higgs, il bosone di Higgs. E a generare l’asimmetria che caratterizza la nostra porzione d’universo (quella, appunto, fra materia e antimateria) sarebbero stati alcuni suoi sommovimenti primordiali risalenti – nientemeno – all’epoca dell’inflazione cosmica. Aggiungiamoci entità come il potenziale chimico leptonico, gli immancabili neutrini di Majorana o lo sfalerone – e vallo a spiegare, al correttore automatico, che non si tratta di un refuso, bensì di un processo teoricamente in grado di trasformare i barioni in antileptoni e i leptoni in antibarioni. Infine, proprio per non farci mancare nulla, mettiamoci pure un fascinoso fisico teorico dagli occhi di ghiaccio. E l’irresistibile cocktail è servito.
Avviene sulle pagine di Physical Review Letters, dove nel numero di metà febbraio è stato pubblicato un articolo che propone una soluzione quanto meno elegante al problema che assilla generazioni di fisici e cosmologi: che fine ha fatto l’antimateria? Già, perché mentre di materia siamo fatti noi e tutto l’universo conosciuto, imbattersi o fabbricare tracce del suo opposto – antiparticelle come gli antiprotoni o i positroni – è più difficile che trovare o coltivar tartufi. Eppure non c’è ragione per cui l’universo debba preferire la materia all’antimateria, dunque dev’essere accaduto qualcosa, fra il big bang e oggi, che ha fatto pendere la bilancia a vantaggio della prima.
Già, ma cosa? Secondo gli autori dell’articolo, Alexander Kusenko della University of California a Los Angeles e i colleghi Lauren Pearce e Louis Yang, la spiegazione potrebbe risiedere nel valore del campo di Higgs. Valore che in passato può essere stato – questa l’ipotesi di partenza dei tre autori – assai più elevato del “valore d’equilibrio” che ha oggi, quegli ormai celebri 126 GeV ai quali i ricercatori del CERN l’hanno inchiodato, il 4 luglio del 2012, grazie agli esperimenti ATLAS e CMS.
Un’ipotesi non peregrina, perché 126 GeV è un valore relativamente basso, spiegano i tre fisici, dunque compatibile con la possibilità che in origine il campo di Higgs fosse assai più grande. Il successivo calo è descritto nell’articolo come un processo di “rilassamento” (Postinflationary Higgs Relaxation, recita il titolo del paper). E qui entra in gioco il neutrino di Majorana, contemporaneamente particella e antiparticella di sé stessa. Mentre Higgs si rilassava (e mentre l’Armadillo di Zerocalcare porta un fiore a tutti i fisici teorici e gli amanti dell’approfondimento morti nella lettura di queste righe…), le oscillazioni fra una forma e l’altra del mitico neutrino double-face diventavano non più probabili in modo perfettamente uguale in un verso e nell’altro, dando così luogo a un’asimmetria fra la quantità di leptoni e quella di antileptoni. Asimmetria destinata a ripercuotersi, tramite appunto gli ineffabili sfaleroni di prima (quelli capaci di trasmutare i leptoni in barioni e viceversa), anche sulla distribuzione tra barioni e antibarioni, fino a far precipitare a valori prossimi allo zero la quantità d’antimateria presente nell’universo.
Dov’è l’eleganza, dite? Be’, anzitutto nel fatto che non ha bisogno di alcuna nuova particella – rispetto a quelle conosciute – se non del neutrino di Majorana, che fra l’altro sembra iniziare a far capolino anche nei laboratori, seppure in forma ambigua. Un’eleganza essenziale, questa, sottolineata anche da Paolo Natoli, cosmologo dell’Università di Ferrara e associato INAF, al quale Media INAF ha chiesto un commento: «Il pregio di modelli come quello presentato nel lavoro in questione è che il dilemma dell’asimmetria tra materia e antimateria potrebbe essere sciolto utilizzando una fisica che conosciamo relativamente bene, senza ricorrere a scenari “esotici”. Fondamentali, per capire se il modello è fondato, saranno le osservazioni sperimentali dei prossimi anni, non solo da parte degli acceleratori come LHC, ma anche degli osservatori cosmologici, che guardano all’acceleratore per eccellenza: l’universo primordiale. I dati di Planck, la cui analisi è in corso, possono vincolare la fisica delle altissime energie, tramite l’osservazione diretta degli effetti cosmologici dell’inflazione».
Un aspetto cruciale, questo delle osservazioni sperimentali al quale fa cenno Natoli. Perché come sempre accade con le ipotesi più ardite di fisica teorica, ciò che conta davvero non è tanto la loro plausibilità, quanto la possibilità concreta di sottoporle a verifica sperimentale. Aspetto rimarcato anche dagli stessi autori nella conclusione dell’articolo, laddove suggeriscono che l’osservazione della cosiddetta magnetogenesi primordiale potrebbe costituire un possibile approccio sperimentale al loro modello. Il campo di Higgs si sarà pure rilassato, ma per i fisici delle particelle e i cosmologi c’è ancora parecchio da lavorare.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Postinflationary Higgs Relaxation and the Origin of Matter-Antimatter Asymmetry”, di Alexander Kusenko, Lauren Pearce e Louis Yang
- Leggi su Le Scienze del giugno 2004 il bell’articolo divulgativo di James M. Cline “L’origine della materia”