Il problema

Uno dei rompicapi che da tempo affligge i fisici è quello che riguarda la maggior presenza di materia rispetto l’antimateria. Vi si potrebbe affermare che vi è un problema di “antimateria mancante“, se ci consentite l’espressione.

In quasi ogni singola interazione tra particelle subatomiche, la materia normale e l’antimateria (che è identica alla materia normale ma con carica opposta) vengono prodotte in egual misura. Sembra essere una simmetria fondamentale dell’universo. Eppure, quando usciamo e guardiamo lo stesso universo, non vediamo quasi alcuna antimateria. Per quanto ne sanno i fisici, per ogni particella di antimateria ancora in circolazione, ci sono circa un miliardo di particelle di materia normale, in tutto il cosmo.

Gli indizi

Tuttavia, la natura ha lasciato alcuni indizi in giro per noi su cui poter riflettere. Ad esempio, nessuna prova di molta antimateria si manifesta nel cosiddetto fondo cosmico a microonde: il calore lasciato dal Big Bang, la nascita dell’univers. Ciò suggerisce che qualcosa si sia verificato nell’universo primordiale, durante la breve ma tumultuosa epoca del nostro universo quando le forze della natura si stavano spaccando mentre il cosmo si raffreddava: può essere stato quello il momento più adatto in cui materia e antimateria si sono potute dividere e si è avuta “la scomparsa” dell’antimateria.

Ad alte energie (come quelle all’interno di un collettore di particelle), la forza elettromagnetica e la forza nucleare debole uniscono i loro poteri per formarne una nuova: l’elettrodebole. Una volta che le cose si raffreddano e ritornano alle normali energie di tutti i giorni, l’elettrrodebole si divide nelle due forze.

Ad energie ancora più elevate, come quelle che si trovano nei primi momenti del Big Bang, i fisici pensano che la forza nucleare forte si fonda con l’elettrodebole e ad energie ancora più elevate la gravità unisca il tutto in un’unica forza anche se non hanno capito ancora in che modo lo fa.

L’Higgs c’entra qualcosa?

Il bosone di Higgs , proposto di esistere negli anni ’60 ma non scoperto fino al 2012 all’interno del Large Hadron Collider, svolge il compito di dividere la forza elettromagnetica dalla forza nucleare debole. I fisici sono abbastanza certi che la divisione materia-antimateria avvenne prima che tutte e quattro le forze della natura si mettessero al loro posto come entità proprie; questo perché ritengono di avere una comprensione abbastanza chiara della fisica dell’universo post-split e l’aggiunta di troppa antimateria nelle epoche successive viola le osservazioni del fondo cosmico.

In tutto ciò, forse il bosone di Higgs ha un ruolo anche se da solo non può farlo; cioè non esiste alcun meccanismo noto che utilizza solo gli Higgs per causare uno squilibrio tra materia e antimateria.

Tuttavia i fisici hanno trovato un singolo bosone di Higgs in esperimenti di collisione, con una massa di circa 125 miliardi di volt di elettroni, o GeV – per riferimento, un protone pesa circa 1 GeV. 

Ma forse l’Higgs potrebbe non essere solo. È del tutto possibile che ci siano più bosoni di Higgs che fluttuano intorno che sono più massicci di ciò che attualmente è possible rilevare negli esperimenti. Al giorno d’oggi, questi Higgs più pesanti, se esistessero, non farebbero molto, non partecipando realmente a nessuna fisica a cui possiamo accedere con i collisori a disposizione in qaunto non si riesce a generare abbastanza energia per “attivarli”. 

Ma nei primi tempi dell’universo, quando le energie erano molto, molto più alte, l’altro Higgs avrebbe potuto essere attivato e quegli Higgs avrebbero potuto causare uno squilibrio in alcune interazioni fondamentali delle particelle, portando alla moderna asimmetria tra materia e antimateria.

La possibile soluzione

In un recente articolo pubblicato online sulla rivista arXiv, tre fisici hanno proposto un’interessante soluzione potenziale: forse tre bosoni di Higgs – soprannominati “Troika di Higgs” – hanno giocato un ruolo importante nell’universo primordiale, generando un’inondazione di materia normale. Quando la materia tocca l’antimateria c’è, come sappiamo, l’annichilazione.

Gran parte di quel flusso di materia annichilirebbe l’antimateria, sommergendola quasi completamente dall’esistenza in un flusso di radiazioni. In questo scenario, rimarrebbe abbastanza materia normale da condurre all’universo attuale.

Per fare questo lavoro, i teorici propongono che il trio includa una particella di Higgs conosciuta e due neofiti con ognuno dei neofiti aventi una massa di circa 1.000 GeV. Questo numero è puramente arbitrario, ma è stato appositamente scelto per rendere questo ipotetico Higgs potenzialmente rilevabile con la prossima generazione di collettori di particelle. Inutile prevedere l’esistenza di una particella che non può mai essere rilevata!

I fisici hanno quindi una sfida. Qualunque meccanismo causi l’asimmetria deve dare alla materia un vantaggio sull’antimateria di un fattore da un miliardo a uno. Il tutto in un brevissimo lasso di tempo nell’universo primordial, una volta che le forze si sono divise, il gioco è finito. Ma la fisica allos tato sembrerebbe bloccata, questo meccanismo, inclusi i due nuovi Higgs, deve essere testabile.

In sintesi, i fisici sono stati in grado di farlo. 

È comprensibilmente un processo molto complicato, ma la storia generale (e teorica) va così: I due nuovi Higgs decadono in docce di particelle a velocità leggermente diverse e con preferenze leggermente diverse per la materia rispetto all’antimateria. Queste differenze si accumulano nel tempo e quando la forza elettrodebole si divide, c’è abbastanza differenza nelle popolazioni di particelle materia-antimateria “costruite” nell’universo che la materia normale finisce per dominare sull’antimateria.

Ancora altro da scoprire

Certo, questo risolve il problema dell’asimmetria barionica ma porta immediatamente alla domanda su cosa stia facendo la natura con così tanti bosoni di Higgs. In altre parole, c’è ancora tanto da scoprire.

Fonte: space.com