Un caffè col fisico

Coffee Break @CERN: Supersimmetria!

0
Like

Bentornati al CERN!

Era un bel po’ di tempo che non ci venivo per una pausa caffè in diretta, quindi sicuramente ho lasciato in arretrato un sacco di cose che sono successe nel frattempo. Per non fare differenze, non ne racconterò nessuna e invece parlerò di supersimmetrie.

Prima però vorrei pubblicizzare la notizia imporantissima di ieri, riguardante il fatto che qui al CERN hanno finalmente adottato il font universalmente riconosciuto come il migliore per leggibilità e professionalità, cioè il Comic Sans MS.

E’ stata nientepopodimenoche Fabiola Gianotti ad annunciarlo (celebre promotrice del carattere, basti ricordare la presentazione nel giorno della scoperta di Higgs) con un video in cui si fa quasi prendere dall’emozione.

Comunque, a parte queste importanti notizie in diretta dal CERN, oggi appunto vorrei parlarvi della supersimmetria.

Cercherò di rispondere in breve alle seguenti due domande, che come al solito mi faccio da solo, ma che so che attanagliano ciascuna persona, molto nel profondo.

1) Che cos è la supersimmetria e perché dovrebbe essere interessante?

2) Che c’entra col CERN?

Allora, rispondiamo alla prima domanda con un’affermazione ovvia: la teoria di supersimmetria è una teoria che riguarda un modello di fisica delle particelle elementari che possiede una simmetria piuttosto forte, che va oltre le simmetrie che conosciamo già.

E grazie tante.

Vi ricordate come funziona il modello standard delle particelle? Ve ne avevo parlato in un coffee break del Lunedì, dove vi avevo fatto vedere la famosa tabellina riassuntiva, una specie di bignami delle componenti più piccole della materia di cui siamo fatti

standard

Come vi avevo detto, le particelle possono essere suddivise in due grandi categorie, i bosoni, che sono le particelle che mediano le interazioni, e i fermioni, che sono le particelle che interagiscono.

Ecco, la teoria di supersimmetria dice semplicemente questo: ogni particella ha un gemello corrispettivo “dell’altro tipo”, cioè ogni fermione ha un gemello bosone e ogni bosone un gemello fermione.

Con gemello intendo che l’unica differenza è proprio l’essere fermione o bosone. Questa caratteristica di essere fermione o bosone riguarda alcune proprietà statistiche delle particelle, ma non va a toccare la carica, la massa e così via. Quindi sostanzialmente sono gemelli omozigoti ecco, proprio uguali tranne qualche dettagliuccio.

E il nome che diamo al gemello supersimmetrico è semplicemente il nome della particella normale con la s davanti. Quindi per esempio i quark (fermioni) diventano s-quark (bosoni), gli elettroni diventano s-elettroni e così via. E così la tabella sopra si sdoppia:

susyparticles_sm

Facile no?

Col piffero! Se hanno anche la stessa massa di tutte le particelle che vediamo già, perché non abbiamo mai visto i gemelli supersimmetrici con la s davanti, ma solo quelli senza s?

Eh, bravo bella domanda: se introduciamo delle particelle nuove che dovremmo palesemente osservare e invece non abbiamo osservato, siamo da manicomio.

Prima di dirvi l’idea del perché non le vediamo, vorrei farvi un breve elenco di alcuni motivi per cui potremmo aver bisogno di una tale teoria supersimmetrica

  • Il bosone di Higgs, osservato da poco al LHC e predetto da un pezzo dal modello standard ha un problema: è troppo leggero. Il modello standard lo predice così leggero, quindi siamo contenti di averlo misurato così leggero, ma il problema è che da un punto di vista di “consistenza del modello” ci sono dei problemi. Sostanzialmente, una particella come l’Higgs che si debba far carico di donare massa a tutte le altre particelle non dovrebbe essere così leggera. La supersimmetria allevierebbe tale tensione “scaricando” la massa sul gemello supersimmetrico dell’Higgs, che si rivelerebbe assai pesante per un motivo che vi spiego dopo.
  • Una teoria supersimmetrica sarebbe in grado di legare le due diverse nature fermioniche e bosoniche della materia. Per quanto sia ben chiaro in cosa siano differenti, da un punto di vista pratico non è ben chiaro perché qualche particella dovrebbe essere fermione e qualcun’altra bosone, oltre all’ovvia motivazione antropica “se no non saremmo qui”.
  • Alcune particelle supersimmetriche potrebbero essere buoni candidati per la Materia Oscura.

Ecco, detto questo vediamo un po’ come risolvere il problema del “perché non le abbiamo ancora viste?“.

Negli esperimenti di fisica di particelle funziona in modo contrario rispetto all’esperienza di tutti i giorni: le particelle più pesanti sono più difficili da vedere.

E’ come se fosse più semplice nascondere un elefante di una formica.

Questo semplicemente perché per produrre particelle pesanti serve tanta energia, e quindi tanta accelerazione. Al CERN sono al top nel mondo, ma ovviamente la Natura conosce energie molto, ma molto più elevate di quelle prodotte da noi piccoli esseri umani.

Quindi un’ovvio escamotage al problema del non aver visto le particelle supersimmetriche è di donargli una massa più grossa del loro gemello “ordinario”.

Questo lo si può fare con una rottura spontanea di simmetria, ve ne avevo accennato in un altro coffee break al CERN, ma vi do un esempio facile facile per l’occasione.

Immaginate di conoscere due gemelli completamente identici dalla nascita. Questi vengono con voi all’asilo, alla scuola elementare, alle medie e poi ci andate insieme alle superiori anche, son tanto simpatici.

Al liceo succede un cambiamento in uno dei due gemelli, sapete, l’adolescenza. Uno dei due insomma un giorno si sveglia e decide che gli piace un sacco mangiare e comincia a ingozzarsi di cibo a non finire, hot dog, panini onti e via così. L’altro invece rimane uguale.

Ecco che abbiamo rotto spontaneamente la simmetria: i gemelli si assomigliano ancora, ma uno dei due è il doppio dell’altro, e non parlo solo del mento.

Insomma, se noi prevediamo che a un certo punto della storia dell’Universo ci sia stata una rottura di simmetria che abbia diversificato le particelle supersimmetriche da quelle che vediamo e di cui siamo fatti qui sulla Terra dando loro più massa, allora oggi, nel 2014, noi non avremo avuto nessuna esperienza di esse, perché troppo pesanti e quindi inosservabili.

Che ne dite? Convincente?

Beh, la domanda due l’ho già risposta praticamente: è chiaro che con la prossima riapertura dell’LHC, quando l’energia si raddoppierà ulteriormente fino al valore massimo, si speri di vedere almeno una particella supersimmetrica. Ci sono varie considerazioni che ci fanno dire che potrebbero essere proprio “dietro l’angolo”, energeticamente parlando.

Dunque aspetteremo e vedremo, chissà, magari fra qualche anno la scoperta dell’Higgs passerà in secondo piano rispetto alla scoperta di una particella supersimmetrica!

Saluti dal CERN, alla prossima!

Vuoi scrivere un commento?
Effettua la registrazione da questo link:

Registrati

MORE FROM MATTEO BIAGETTI

ENTRA NELLA COMMUNITY