Dalle nane bianche probabili indizi sulla ‘relazione’ bosone di Higgs-gravità

La scoperta del bosone di Higgs ha rappresentato un importante passo in avanti verso la comprensione del meccanismo mediante il quale le particelle acquisiscono la propria massa (post). Ora, dal momento che la massa è determinante per la gravità, la particella di Higgs potrebbe rivelarci preziosi indizi sulla natura stessa dell’interazione gravitazionale. In tal senso, è stata avanzata una ipotesi secondo la quale il campo di Higgs potrebbe accoppiarsi con una specifica curvatura dello spaziotempo, uno scenario che è stato preso in considerazione in varie estensioni del modello standard.

Gli scienziati ritengono che le nane bianche, uno dei prodotti finali dell’evoluzione stellare, possano essere utilizzate per investigare e porre dei limiti all’accoppiamento tra il campo di Higgs e la curvatura dello spaziotempo. I risultati di questo studio sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal. In sintesi, i ricercatori stanno cercando di creare una sorta di linguaggio ‘comune’ tra il microcosmo e il macrocosmo. Infatti, fino ad oggi si è cercato di capire quali sono le conseguenze causate dal campo di Higgs nel mondo subatomico, alla cosiddetta scala di Fermi (1 am = 10^-18 m), e quelle dovute alla gravità su scale macroscopiche, diciamo dalle dimensioni di una mela in su in termini di massa. Entrambe hanno in comune il fatto che la massa giochi un ruolo fondamentale nell’ambito del modello standard delle particelle e della gravitazione. Quindi, partendo dal concetto di massa che coinvolge sia il campo di Higgs, che si suppone conferisca la massa inerziale a tutte le particelle, che la gravità, dove la massa gravitazionale di un corpo rappresenta un concetto base, si può verificare se esistono delle consistenze o se, invece, esistono delle contraddizioni. Particolari oggetti astrofisici, come gli ipotetici buchi neri primordiali o i più reali nuclei galattici attivi, sono stati proposti per esplorare alcuni temi che riguardano eventuali connessioni esistenti tra il bosone di Higgs e la gravità. Ad esempio, le nane bianche hanno l’unico vantaggio di esibire spettri con righe di emissione molecolari e atomiche. Dato che l’accoppiamento Higgs-curvatura dello spazio dovrebbe influenzare solo le righe degli spettri atomici, e non quelle molecolari, è necessario eseguire una analisi per confrontare i due spettri. Il fatto che l’accoppiamento influenzi le righe atomiche è dovuto alle diverse masse dell’elettrone e dei nucleoni (protoni e neutroni). La quasi totalità della massa dei nucleoni ha origine dai campi associati ai gluoni che, non avendo massa, non si accoppiano al campo di Higgs. Le transizioni molecolari che dipendono solamente dalla massa del nucleo non sono influenzate dall’accoppiamento Higgs-curvatura. Al contrario, l’accoppiamento Higgs-curvatura incide sulla massa degli elettroni e su quella di altri fermioni sommandosi alle masse inerziali di queste particelle.

Le nane bianche contengono grandi quantità di carbonio ed emettono uno spettro distinto che comprende righe e transizioni vibrazionali tra gli stati elettronici. In presenza dell’accoppiamento Higgs-curvatura, i livelli vibrazionali, che sono proporzionali alla massa del nucleone, dovrebbero rimanere costanti. Ad ogni modo, l’energia dei livelli elettronici, che sono invece proporzionali alla massa dell’elettrone, si dovrebbe spostare. La variazione della massa elettronica dovuta al campo di Higgs pone un limite superiore all’accoppiamento Higgs-curvatura che è 10 ordini di grandezza più stringente rispetto ai limiti posti da una serie di esperimenti basati sul principio di sovrapposizione per le interazioni gravitazionali. Inoltre, per la prima volta questi nuovi limiti sono imposti all’accoppiamento da un oggetto astrofisico che ha diverse implicazioni. Infatti, diversi modelli che si basano su questo accoppiamento suggeriscono che Higgs può giocare il ruolo dell’inflatone, oppure potrebbe fungere da meccanismo per eliminare il contributo dell’energia scura dei campi quantistici al livello compatibile con le osservazioni. In futuro, l’analisi spettroscopica potrebbe essere migliorata osservando i segnali di altre nane bianche e, forse, estesa al caso delle stelle di neutroni dove gli effetti della gravità sono maggiori, anche se, in questo caso, risulta più complicato rivelare le righe di emissione negli spettri.

Phys.org: A Higgs-gravity connection may leave traces in white dwarfs

The Astrophysical Journal: SEARCH FOR HIGGS SHIFTS IN WHITE DWARFS

arXiv: Higgs-induced spectroscopic shifts near strong gravity sources

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