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Il destino dell’Universo è davvero legato al bosone di Higgs?

La risposta è: no! Il bosone di Higgs non è ‘pericoloso’ e non distruggerà l’Universo. Per fare meglio il punto su quanto riportato dai vari media in questi giorni, cominciamo con il dire che il bosone di Higgs è un tipo di particella, una minuscola fluttuazione di un campo scalare complesso detto campo di Higgs. Questa particella alquanto “modesta”, se si è fortunati a crearne una (ricordiamo che LHC ne produce una su un trilione di collisioni protone-protone) ha una vita molto breve perché si disintegra trasformandosi in altre particelle in una piccolissima frazione di secondo, meno del tempo che impiega la luce per andare da una “estremità all’altra di un atomo”. Se qualcuno la pensa diversamente è perché ha letto probabilmente le recenti dichiarazioni di Stephen Hawking in occasione dell’uscita del suo libro Starmus – 50 Years of Man in Space (post).

Dunque, se ci vogliamo preoccupare di qualcosa che sia correlato a Higgs, dovremmo “preoccuparci” del campo di Higgs che attualmente è “attivo” anche se non è come dovrebbe essere in linea di principio. Perciò, se qualcuno “disattivasse”, si fa per dire, il campo di Higgs allora sarebbe un vero e proprio disastro perché tutta la materia ordinaria, quella composta dagli atomi che conosciamo, esploderebbe: infatti, gli elettroni perderebbero la loro massa e si disperderebbero nello spazio. Tuttavia, non c’è da stare preoccupati dato che affinchè questo accada occorrerebbe una enorme quantità di energia che non può essere impiegata in maniera spontanea. La quantità di energia richiesta per disattivare “artificialmente” il campo di Higgs dovrebbe essere immensa, paragonabile a quella che si libererebbe, ad esempio, in una stanza se esplodesse una stella dando luogo ad una supernova. Ma, d’altra parte, sarebbe analogamente un disastro se qualcuno “aumentasse” il campo di Higgs, un pò come se alzassimo il volume dello stereo a tutta potenza. In questo caso, gli atomi collasserebbero in maniera violenta e le cose diventerebbero alquanto sgradevoli come nel caso in cui il campo di Higgs fosse disattivato. Dovremmo preoccuparci di questo? In realtà, questo processo può accadere spontaneamente e quindi risulta un pò più plausibile, anche se è difficilmente, molto difficilmente probabile.

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Una cosa si dice che è stabile se non modifica il suo stato, come nel caso della stecca appoggiata sul tavolo da biliardo. Una cosa si dice instabile se modificherà il suo stato, come nell’esempio della stecca da biliardo che viene tenuta in equilibrio sulla mano. Un oggetto si trova in uno stato metastabile, o intermedio rispetto ai due precedenti, se potrà cambiare la sua configurazione ma non così rapidamente o facilmente. Nella figura è rappresentato uno sgabello che è più stabile quando è coricato anche se starà in piedi per lunghi periodi di tempo. Credit: Fermilab

Di recente, si è parlato di questa possibilità perché se (a) si “assume” che le varie particelle che sono state scoperte finora siano le uniche che interagiscono con il campo di Higgs e (b) si “assume” che non esistano altre forze che interagiscano con il campo di Higgs, rispetto alle quattro interazioni fondamentali che conosciamo, allora si può calcolare, con un certo grado di attendibilità (anche se c’è un dibattito tra i fisici su quale possa essere questo grado di attendibilità) che (1) il campo di Higgs possa abbassare il contenuto di energia dell’Universo, passando improvvisamente da uno stato attivo ad uno stato “super-attivo”, e (2) che il tempo impiegato affinchè ciò accada in maniera spontanea non sia infinito. Questo processo avverrebbe in due fasi: inizialmente si formerebbe una “bolla” con un valore incrementato del campo di Higgs (attraverso processi quanto meccanici che rendono, anche se raramente, l’impossibile diventare possibile) che successivamente si espanderebbe spazzando via l’Universo e distruggendo qualsiasi cosa che si trovi nel suo cammino. Nella fisica delle particelle, si dice che l’Universo abbia due possibili stati di vuoto, quello nel quale viviamo e dove il campo di Higgs è un “pò attivo”, e quello in cui il campo di Higgs è “enormemente attivo”. Se il secondo stato ha una energia del vuoto inferiore rispetto al primo, si dice che il primo stato di vuoto è “metastabile”. In altre parole, anche se dura molto più a lungo, il primo stato di vuoto ha una probabilità piccolissima, ma non nulla, di trasformarsi nel secondo stato di vuoto. Tutto ciò potrà succedere nel momento in cui una bolla del secondo stato di vuoto apparirà per caso all’interno del primo stato di vuoto e allora essa si espanderà inglobando l’intero Universo.

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In un contesto cosmologico, l’universo preferisce stare nello stato più basso di energia. Ad ogni modo, è possibile che il nostro Universo risieda in una sorte di valle intermedia (stato metastabile) che si trova ad una altezza maggiore lungo la pendenza. In questa valle intermedia, regnano le leggi della fisica a noi note. Ma se l’Universo dovesse passare nella valle inferiore (stato più stabile), allora le leggi della natura potrebbero essere completamente diverse, addirittura la materia potrebbe non esistere. Credit: Fermilab

Dunque, per prima cosa dobbiamo considerare vere le nostre assunzioni? Certamente no. E’ proprio partendo dal presupposto che ciò che sappiamo attualmente è tutto quello che c’è da sapere? Secondo, assumendo vere le nostre ipotesi, ci dovremmo preoccupare delle conclusioni? Assolutamente no. L’Universo esiste da 13,8 miliardi di anni e il campo di Higgs può anche non mutare la sua configurazione per trilioni di anni, o trilioni di trilioni di anni, o ancora per trilioni di trilioni di trilioni di anni o forse più. In ogni caso, nessuno lo sa e nessuno se ne dovrebbe preoccupare veramente. I calcoli sono complicati, la risposta è incerta e poi la cosa peggiore è che tutto dipende sostanzialmente dalle nostre ipotesi. Infatti, se le assunzioni precedenti sono leggermente sbagliate, cioè se esistono altre particelle o forze che interagiscono con il campo di Higgs, allora le nostre conclusioni potrebbero essere decisamente lontane dalla realtà. Ma è anche possibile che il metodo di calcolo, che è fragile, non sia stato ancora ben elaborato per ottenere le giuste risposte. Ciò vuol dire che non solo il campo di Higgs potrebbe mutare più o meno la sua configurazione di quanto non sia ipotizzato ma potrebbe anche non essere possibile che ciò accada. Non sappiamo nulla per certo, nonostante tutti i discorsi che facciamo. Ma poiché l’Universo esiste ormai da 13,8 miliardi di anni, la probabilità che il campo di Higgs possa mutare durante la nostra vita media, diciamo un secolo, o durante quella dei nostri discendenti è ridicolmente piccola. E se invece gli esseri umani aumentassero, con qualche metodo artificiale, il campo di Higgs? Di nuovo, la quantità di energia richiesta per fare questo è estremamente grande, non più quella di una supernova, ma ancora più grande, una impresa titanica e lontana dalle nostre conoscenze tecnologiche e perciò impossibile da realizzare. Se a stento siamo in grado di creare bosoni di Higgs, minuscole fluttuazioni quantistiche del campo di Higgs, come possiamo immaginare di creare una bolla dove il campo di Higgs aumenti rapidamente rispetto al suo valore solito? Stiamo parlando di Scienza, ossia di realtà, e non di magia. Inoltre, siamo certi che la tecnologia attuale e quella futura non saranno in grado di trasformare questa possibilità fantasiosa in realtà.

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Il fatto che il nostro Universo si trovi in una configurazione stabile, instabile o metastabile, dipende dalle masse del bosone di Higgs e del top-quark, indicate nella figura dal puntino nero. Dunque l’Universo si troverebbe in uno stato metastabile, anche se non è ancora del tutto chiaro. Credit: Fermilab

Ritorniamo alla possibile, spontanea distruzione dell’Universo. Se un giorno dovesse succedere, non avrà nulla a che fare con il campo di Higgs. Forse, sarà dovuta ad un “altro tipo di campo” di cui al momento non sappiamo nulla. Perciò, se qualcuno dice che “sappiamo” che l’Universo si trova solamente in uno stato metastabile e che il campo di Higgs lo distruggerà un giorno, passando improvvisamente ad un valore molto maggiore di quello attuale, o ancora che saremo stati noi stessi a determinare questo passaggio di configurazione, si sta dimenticando delle assunzioni fatte in precedenza, delle incredibili energie e del tempo richiesti al punto che non ci saranno più stelle e possibilmente protoni o neutroni per formare gli atomi. Tutto ciò passa sotto il termine di “allarmismo” che, però, non fa al caso nostro e perciò possiamo stare tranquilli. Al momento, forse dovremmo preoccuparci di più dei nostri problemi terreni.


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