La scoperta del bosone di Higgs nel 2012, è stata una pietra miliare per la fisica delle particelle. Ha risolto un problema molto spinoso, convalidando il Modello Standard della fisica delle particelle.
Ma, come spesso accade con le nuove scoperte, mentre ad alcune domande è stata data una risposta precisa, ne sono sorte altre. E per il bosone di Higgs, una di queste domande è relativa alla misura della sua massa. Secondo le previsioni, la particella dovrebbe essere circa tre volte più pesante dei 125 gigaelettronvolt che sono stati misurati.
Non siamo sicuri del motivo per cui non è più pesante, ma un nuovo documento presenta una soluzione affascinante. Secondo i fisici Raffaele Tito D’Agnolo dell’Université Paris Saclay in Francia e Daniele Teresi del CERN, il problema può essere risolto se, all’epoca del Big Bang, l’Universo fosse costituito da molti universi: un multiverso.
Non solo i calcoli dei fisici risolvono la massa del bosone di Higgs, ma risolvono anche un problema apparentemente non correlato nel Modello Standard: la conservazione della simmetria nella forza forte che lega le particelle elementari che formano tutta la materia normale.
Il modello del team avvia l’Universo come una moltitudine di universi. Ogni universo in questo multiverso ha una massa diversa per il bosone di Higgs: alcuni piuttosto pesanti e altri molto leggeri.
Quindi, i fisici hanno calcolato come questi universi si sarebbero evoluti nel tempo. Hanno scoperto che gli universi con bosoni di Higgs più pesanti sono diventati instabili e si sono distrutti in una frazione di secondo.
Gli universi con bosoni di Higgs più leggeri, invece, sono sopravvissuti. In questo scenario, il nostro Universo è emerso come forse l’unico sopravvissuto al catastrofico crollo del multiverso, con un bosone di Higgs molto leggero.
Sotto questo modello è emerso qualcosa di curioso. La forza forte è una delle forze fondamentali dell’Universo. Lega insieme particelle fondamentali chiamate quark in protoni e neutroni e quindi lega quei protoni e neutroni in nuclei atomici. Quindi è piuttosto importante per la continua esistenza di tutto.
La teoria che descrive la forza forte è chiamata cromodinamica quantistica. Nella maggior parte dei modelli di cromodinamica quantistica, le forze atomiche forti non hanno bisogno di conformarsi a qualcosa chiamato simmetria a parità di carica o simmetria CP; eppure per qualche motivo, lo fanno. Questo è noto come problema CP forte.
D’Agnolo e Teresi hanno scoperto che le forti interazioni simmetriche contribuiscono a prevenire il crollo dell’universo. Quindi la combinazione di bosone di Higgs leggero e simmetria CP nella forza forte potrebbe aver contribuito alla sopravvivenza a lungo termine del nostro Universo quando altri sono usciti dall’esistenza.
È tutto, ovviamente, molto teorico, e questa è solo una delle tante possibili spiegazioni per la massa del bosone di Higgs. Ma offre vie di esplorazione per aiutare a risolvere alcuni degli altri straordinari misteri del nostro Universo.
“Il nostro modello si distingue perché è semplice, generico e risolve contemporaneamente questi due enigmi apparentemente non correlati“, ha affermato Teresi. “E prevede caratteristiche distintive nei dati provenienti da esperimenti che mirano a cercare la materia oscura o un momento di dipolo elettrico nel neutrone e in altri adroni“.
Sondare il bosone di Higgs non è un compito facile perché ha una vita media di circa un miliardesimo di secondo prima di decadere in particelle meno massicce. I fisici cercano di capire il bosone di Higgs studiando queste particelle meno massicce.
Il futuro lavoro sperimentale dovrebbe consentire di testare la teoria del team poiché il loro lavoro prevede anche che esista una nuova particella finora mai rilevata. Il Large Hadron Collider dovrebbe essere riattivato entro la fine dell’anno, dopo essere stato chiuso all’inizio del 2019 per aggiornamenti. Sarà affascinante vedere cosa emergerà.
Nel frattempo, la ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.
