La massa del bosone di Higgs e la fine dell’Universo

Il 21 dicembre 2012 doveva essere la data della fine del mondo (post). Oggi, ancora peggio, le notizie non sono confortanti nel senso che la fine del mondo non si limiterebbe al nostro pianeta bensì all’intero Universo.

Queste conclusioni derivano dalle recenti misure della massa della nuova particella osservata all’LHC (post). Prima, però, concentriamoci sui cosiddetti stati metastabili che sono temporaneamente stabili. Di cosa si tratta? Facciamo un esempio. Immaginiamo, per un attimo, di essere ad una festa con un gruppo numeroso di amici. Si sta facendo tardi e non c’è abbastanza cibo da soddisfare tutti. Occorrerà, perciò, ordinare delle pizze o, alternativamente, andare in un ristorante. Questa situazione determina uno stato di energia metastabile poiché non siamo sicuri in quale direzione andremo in funzione della decisione che sarà presa. Le opzioni del cibo rappresentano tutte stati di minima energia, in qualche modo tutti si siederanno e mangeranno nell’uno o nell’altro caso, per cui le cose alla fine tendono in maniera naturale verso stati di minima energia. Una volta che una persona se ne va o ordina la pizza, la festa finisce: cioè ognuno va a prendersi del cibo. Ma cosa c’entra tutto ciò con la fine dell’Universo? Secondo la meccanica quantistica, è possibile che lo stato di minima energia del nostro Universo, quando non c’è più nulla ma solamente lo spazio e il tempo, non è lo stato più basso di energia rispetto a tutti gli stati possibili. In altre parole, esisterà uno stato ancora di minima energia nel quale il nostro Universo può andare. Ma nello stato di minima energia, tutti i protoni di tutta la materia presente nell’Universo decadono, con la sfortunata conseguenza che noi stessi cessiamo di esistere. Ancora peggio, la transizione potrebbe accadere in qualsiasi momento, in qualsiasi punto nello spazio ed espandersi alla velocità della luce partendo da una bolla molto piccola fino a che essa non annichila con l’intero Universo. Questa idea è stata esaminata di recente all’interno del contesto del Modello Standard, il quadro più moderno della teoria quantistica che descrive le proprietà delle particelle subatomiche e le interazioni fondamentali. Una serie di calcoli molto accurati indicano che la stabilità del nostro Universo è strettamente legata alla massa del bosone di Higgs, e a quella del quark top, un parametro che, grazie agli sforzi del grande collisore adronico, ha oggi un valore di circa 125 GeV. È la conclusione di questa analisi che ha scatenato i media: il Modello Standard prevede che affinchè il nostro Universo si mantenga stabile, la massa del bosone di Higgs deve essere maggiore di 129,4 ± 5,6 GeV. Dunque la fine dell’Universo sarebbe insignificante almeno in termini delle unità di tempo a cui sono abituati i cosmologi i cui valori sono dell’ordine di miliardi di triliardi di anni. Come sempre, ci sono delle obiezioni alle conclusioni non favorevoli. Il punto principale è che il Modello Standard non fornisce una descrizione completa del nostro Universo. Intanto, non include la gravità, le masse del neutrino che sono state osservate sperimentalmente e non dà alcuna spiegazione dell’elusiva materia scura. Queste problematiche hanno portato i teorici a costruire tutta una serie di modelli che sono estensioni del Modello Standard e che introducono nuovi stati della materia. Quello che è importante è il fatto che questi ulteriori stati della materia possono facilmente modificare le conclusioni sulla stabilità dell’Universo. Ad esempio, in quei modelli nei quali ci sono due campi di Higgs, le interazioni tra questi campi possono portare a un insieme di stati di energia diverso da quello previsto dal Modello Standard. Insomma, se l’Universo contiene davvero diversi campi di Higgs, esistono comunque delle indicazioni dai dati raccolti dagli esperimenti condotti presso LHC per cui risulta molto improbabile che viviamo oggi in uno stato metastabile e perciò possiamo concludere che al momento siamo al sicuro.

The Conversation: Could the Higgs mass determine the end of the universe?
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