Il Modello Standard
La fisica delle Particelle (o Fisica delle Alte Energie) studia i costituenti fondamentali della materia e le loro interazioni. La teoria che attualmente riassume in modo elegante tutto il nostro sapere in questo campo è il Modello Standard (MS), che descrive le forze tra i mattoni della materia, raggruppati in 3 famiglie o generazioni di quark e leptoni, come mostrato nella figura qui sotto, insieme con le loro antiparticelle.
Le forze elettromagnetica, debole e forte sono mediate dallo scambio di bosoni e sono generate da simmetrie fondamentali legate alle leggi di conservazione. La forza elettromagnetica, a raggio infinito, è mediata dal fotone che ha massa nulla, e la carica elettrica si conserva. La forza forte tra quark , a corto raggio, è trasportata dai gluoni colorati a massa nulla, e la carica di colore si conserva.
Ad alte energie le forze elettromagnetiche e deboli sono descritte come un’ unica interazione elettrodebole. Il fatto che i bosoni vettori W e Z abbiano massa, è compatibile con l’ essere la forza debole una forza a corto raggio. La carica debole, che si nasconde a noi, al contrario della carica elettrica non è conservata.
Il fatto che le masse delle particelle sono molto piccole, fa sì che la forza di gravità risulti trascurabile rispetto alle altre tre forze.
I leptoni sono particelle libere. Possono essere elettricamente cariche (e-, μ-, τ-), in questo caso interagiscono sia mediante la forza elettromagnetica che quella debole, o neutre (neutrini: νe, νμ, ντ), ed in questo caso interagiscono solo debolmente. I quark sono particelle sensibili a tutte e tre le interazioni. Non esistono quark liberi in natura: possiamo osservare solo i loro stati legati, chiamati adroni, tra i quali il protone ed il neutrone sono gli esempi più conosciuti.
Se nella teoria si assegnano masse alle particelle, la simmetria elettrodebole si rompe e la teoria perde il suo potere predittivo. Per evitare che questo succeda, il meccanismo di Higgs rompe spontaneamente la simmetria postulando che il vuoto sia in realtà pervaso da un nuovo campo: le particelle che trasportano carica debole (bosoni W e Z, quark e lepton, e la particella di Higgs H, associata con il campo di Higgs) vengono rallentati a seguito della loro interazione con il campo di Higgs e acquistano così la loro massa. La massa del Bosone di Higgs, mH, non è prevista dal meccanismo di Higgs, ma numerose misure di precision effettuate nel corso degli ultimi decenni, indicavano che mH dovesse essere equivalente a circa 100 volte la massa del protone.
Gli esperimenti ATLAS e CMS a LHC hanno recentemente osservato una nuova particella che sembra essere compatibile con il Bosone di Higgs.
Anche se il lavoro per confermare la natura di questa particella è sempre in corso, avete la possibilità – attraverso il “percorso-Z” di cercare e trovare la particella che potrebbe essere il Bosone di Higgs, proprio come hanno fatto recentemente gli scienziati.