1. This site uses cookies. By continuing to use this site, you are agreeing to our use of cookies. Learn More.

Il Bosone di Higgs

Discussion in 'Sciences & Technology' started by Helios, Jul 4, 2012.

  1. wago

    wago Enlisted Sailor

    Questo articolo dell'Atlantic fa alcune riflessioni interessanti sulla comprensibilità dell'intera faccenda "Higgs" presso il c.d. grande pubblico, e in particolar modo solleva perplessità sull'uso esteso della metafora che viene fatto in ambito divulgativo per cercare di render conto di questo o quell'altro concetto della fisica teorica e, più in generale, della scienza. Mi sono spesso interrogato sulla medesima questione, peraltro anche in riferimento alle metafore sull'Higgs che l'autore chiama in causa, e ho sviluppato l'idea forse un po' reazionaria che le metafore siano necessarie, non solo per il comune cittadino ma anche per lo scienziato, ma siano funzionali solo ed esclusivamente quando esse manifestano un'analogia strutturale - per non dire formale - col fenomeno che vorrebbero descrivere.

    Insomma, ci sta di raccontare l'attrazione elettrostatica come "un po' come la gravità", ci sta di illustrare l'esperienza di Rutherford che ha portato alla "scoperta" del nucleo atomico sfruttando l'analogia del covone di fieno (peraltro illuminante, a mio avviso), NON ci sta di parlare del bosone di Higgs come "un tizio che attira l'attenzione a causa della sua celebrità", perché davvero non c'entra una fava con ciò che in effetti il bosone di Higgs dovrebbe essere. Ed è solo un esempio, ce ne sarebbero mille altri.
  2. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Neanche a me piacciono quelle metafore che usano per spiegare l'Higgs al grande pubblico, tra gli altri motivi anche perché mettono in mente idee sbagliate, del tipo che la massa è direttamente correlata alla velocità delle particelle (che più sarebbero rallentate dai fotografi-Higgs e più sarebbero massive). Qui infatti ho evitato di fare metafore di alcun tipo, visto che non mi pare ci siano fenomeni comuni descrivibili in modo analogo alla rottura spontanea dell'invarianza di gauge da parte dell'Higgs; ci si potrebbe pensare però, ma credo sia appunto necessario mettere al centro il concetto di rottura di simmetria.

    Ci provo dai: le particelle elementari sono una squadra di ladri che vuole derubare una banca; i soldi nella banca sono la massa, e i sistemi di sicurezza della banca sono la simmetria di gauge. Tali sistemi di sicurezza impediscono alle particelle di prendersi della massa, forzandole a rimanere all'esterno. Uno dei ladri però (l'Higgs) è in grado di superare questa protezione, magari perché si è fatto assumere dalla banca, e permette a tutti gli altri di prendere massa dalle cassaforti, in base a quanto questi sono suoi amici. Il fotone e l'Higgs si odiano a morte. A lungo abbiamo sospettato dell'esistenza di questo tramite tra le particelle e la massa, ma solo negli ultimi giorni siamo finalmente riusciti a fotografarlo.

    (Ora vabbè, l'ho scritta per scherzare, ma penso sarebbe comunque meglio della storia dei fotografi haha)
  3. wago

    wago Enlisted Sailor

    Ecco, questa è a mio avviso una splendida spiegazione: non certo "per tutti" (le spiegazioni "per tutti" sono a mio avviso più che altro "per nessuno") ma ben congegnata e ben proposta, con la giusta attenzione sia alle tecnicaglie - presentate in modo leggero - che all'importanza della faccenda nel quadro generale in cui si colloca:

    [video=youtube;9Uh5mTxRQcg]http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=9Uh5mTxRQcg#![/video]
  4. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Davvero :O Me lo terrò buono per la prossima volta che spiegherò ste cose a qualcuno


    Da notare anche la citazione a Chuck Testa a 1:00 <3 (la grafica di quel NOPE)
  5. Matsor Browncoat

    Matsor Browncoat Chunky Admiral of the Fleet Staff Member

    Ma non avete mai visto minutephysics? Cioè, let me rephrase. Voi, grandi uomini di scienza e sapere, non siete automaticamente iscritti ad ogni singolo video di minutephysics con notifiche su facebook, twitter, email, newsletter e piccione viaggiatore?

    Se è così vergogna.
  6. wago

    wago Enlisted Sailor

    /me è iscritto

    Sent from my GT-I5510 using Forum Runner
  7. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Non l'avevo mai visto prima ;_; Su youtube passo troppo tempo a guardare trashate suppongo; bel canale comunque, simpatico anche conoscendo già gli argomenti trattati. Ma poi mi interessa sempre vedere come altre persone tentano di divulgare la scienza, e come la scienza viene percepita dal grande pubblico; a volte mi metto addirittura a guardare interi documentari di fisica/astrofisica solo per vedere quanti strafalcioni fanno (e a volte ce ne sono di vergognosi >_> )

    Di "simile" comunque anche vsauce non è male, anche se lui parla un po' di tutto e in modo meno tecnico.
  8. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Big news sulla dark matter: Usando il gravitational lensing è stato trovato un filamento di dark matter che congiunge due ammassi di galassie, come previsto dai modelli cosmologici (Λ)CDM (Cold dark matter). Affiancando immagini a raggi X dicono che la frazione di gas normale sia meno del 9%, per cui sarebbe proprio DM. Tra l'altro con gli strumenti attuali si pensava fosse impossibile una misura simile, ma in questo caso la geometria del sistema ha aiutato la misurazione, visto che i due ammassi appaiono vicini nel cielo ma uno in realtà è più lontano dell'altro sulla nostra linea di vista, per cui il filamento di dark matter lo vediamo in lungo.

    Articolo scientifico originale: [URL]http://arxiv.org/abs/1207.0809[/URL]
    Articolo divulgativo: [URL]http://www.space.com/16412-dark-matter-filament-galaxy-clusters.html[/URL]
  9. wago

    wago Enlisted Sailor

    Sempre sulla questione "divulghiamo l'Higgs":

    Per me il punto non può essere solo e soltanto "diamo un'idea di come l'Higgs fa acquisire la massa". Per me è impossibile e fuorviante senza prima dare una raffigurazione del contesto minimale per riprodurre qualcosa di formalmente analogo. Sono in altre parole essenziali - a livello intuitivo - i concetti di campo, particella associata a un campo, interazione fra campi.
    Si può tranquillamente sfrondare il formalismo matematico, come è doveroso eliminare tutto ciò che è "accessorio" all'illustrazione di questi tre puri e semplici concetti. Insomma: chissene della geometria differenziale e chissene delle ampiezze di probabilità; dell'indeterminazione, degli spin, della differenza bosoni/fermioni ecc. Andiamo all'osso.

    Io la metterei così, partendo con un esempio quotidiano in un contesto bidimensionale. Ogni giorno noi abbiamo a che fare con campi sulla superficie terrestre: in ogni punto in cui siamo, siamo a una precisa altezza sul livello del mare (la misuro con un altimetro), c'è una certa pressione atmosferica (barometro), il telefono "prende" un tot di tacche - tutti questi sono campi scalari: un numerino assegnato in ogni punto della superficie terrestre. Abbiamo anche a che fare con campi vettoriali, che hanno anche una direzione oltre che un'intensità: il campo magnetico (me lo indica la bussola), il vento (me lo indica una qualsiasi manica a vento).
    Insomma, un campo è questo: in ogni punto dello spazio, un "cartellino" che indica qualche dato: numerico (campo scalare) o anche direzionale (campo vettoriale). Ordinariamente, ci sono più campi in uno stesso punto: mi immagino allora un asticella come quelle dei sentieri di montagna o dei cartelli stradali, con su attaccati tanti cartelli diversi che indicano cose diverse - uno che sono a tot metri s.l.m., uno che il Rifugio Gherardi è di là tra 50 minuti, uno che è vietato lasciare in giro la spazzatura, ecc.

    Bene: in fisica della particelle è lo stesso. Lo spazio - questa volta lo spazio tridimensionale - è immaginato come costellato di "cartellini" che indicano vari campi. In ogni punto, su una medesima asticella, ce n'è uno che mi dice quanto è intenso e com'è orientato il campo elettrico, uno che mi dice quant'è il potenziale gravitazionale, ecc. Ma che diavolo significa allora "particella"?
    Torniamo in montagna. Immaginiamo che io stia bel bello sulla terrazza del summenzionato Rifugio Gherardi e guardi il sentiero da cui sono venuto, col binocolo. Mi casca l'occhio su un'asticella delle indicazioni e vedo che una delle indicazioni è cambiata: l'altitudine riportata sul cartellino, per esempio, è cresciuta di 300 m. La cosa mi stupisce, mi guardo intorno: le altre altitudini sono rimaste invariate. Dopo qualche minuto, però, noto qualcosa di curioso: ora l'altitudine sull'asticella di prima è tornata al valore normale, ma in compenso quella del cartello successivo è cresciuta di 300 m. Dopo un altro paio di minuti - toh! - è quella ancora più avanti a riportare i 300 m in più, mentre le precedenti sono di nuovo a posto. Tra altri due minuti, so già dove guardare...
    Potrei tranquillamente fermarmi qua, e restare a contemplare la propagazione di quest'"onda" che falsa di 300 m i cartellini sul sentiero. Ma se ho due dita di cervello, e un po' di propensione per il paranormale, penso subito: c'è un fantasma che cambia i cartellini! E si sta muovendo verso di me! E' sostanzialmente ciò che fanno i fisici quando parlano di "particella associata a un campo": è una variazione del campo, sufficientemente localizzata, che si propaga al suo interno.

    Resta da capire come possano due campi interagire fra loro. Questo avviene quanto il valore dell'uno dipende, in parte, anche dal valore dell'altro; normalmente questa influenza è reciproca, ma noi accontentiamoci di un esempio unidirezionale. Supponiamo che, sul sentiero, ci sia stata l'altro giorno una frana tra il cartello dove mi trovo e il successivo. In termine di campi, dirò che il campo "altitudine" si è modificato in prossimità della mia posizione. Il sentiero, dunque, non procede più come prima, ma fa una deviazione - tanto più ampia quanto più vicino e alto è il deposito di materiale franato. Insomma: il cartellino del Rif. Gherardi non indica più "50 min di là", ma "1h 10 dall'altra parte". Il campo "direzione e distanza del rifugio" ha interagito col campo "altitudine".

    Certo, questo non illustra ancora il meccanismo di Higgs, ma credo formi un quadro in cui una spiegazione possa risultare sensata. Un insieme di immagini che matematicamente hanno una corrispondenza effettiva con ciò di cui si sta parlando, pur essendo qui proposte in maniera del tutto informale. Più tardi penso a coem sfruttarle :)
  10. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Molto bella e efficace come spiegazione, sì!
    Il problema per me è riuscire a spiegare anche gli altri concetti (lagrangiana, simmetria di gauge, rottura spontanea di simmetria) rimanendo all'interno della stessa metafora. Mi sembra infatti che l'unica sarebbe dire "ma lasciamo ora perdere la montagna e immaginiamo che il campo di Higgs sia una pallina che sta in cima a una cupola perfettamente sferica, in equilibrio instabile" e fare dunque una specie di collage di metafore, che però può confondere l'ascoltatore. Ci vuole insomma un pubblico davvero interessato a capire la cosa, e a quel punto tirerei fuori anche qualche formula (in modo da poter parlare del termine di massa nella lagrangiana del modello standard).
  11. wago

    wago Enlisted Sailor

    Beh, in realtà credo che la metafora dovrebbe potersi portare avanti. In fin dei conti, ho introdotto senza nessuna formula dei fibrati vettoriali su una varietà differenziabile, con rispettive sezioni e relazioni: c'è pressoché tutto quel che serve (mancano gli operatori differenziali ma si possono rendere intuitivi con l'idea di "variazione", nel tempo o nello spazio).
    La lagrangiana ha il "difetto" di vivere nello spazio delle fasi, ma la posso in fin dei conti immaginare come un cartellino numerico il cui valore è determinato da quello di altri cartellini. Che la lagrangiana sia "simmetrica" vuol dire ad esempio che qualche cartellino particolare non ha influenza, o che scambiando fra loro i valori di due cartellini il valore della lagrangiana non cambia. Ad esempio, se considero il cartello "durata totale del percorso" per andare e tornare dal Rifugio Gherardi a partire dal parcheggio a fondovalle non faccio fatica a credere che il suo valore sia indipendente dal tabellone led che mi dice quand'è la prossima corsa del pullman per il paese accanto, o dalla simpatica plancia che mi indica direzioni e altezze delle montagne circostanti. E se per caso inverto fra loro i due percorsi di andata e di ritorno dal rifugio, posso credere senza problemi che il tempo totale di andata e ritorno non cambi.

    Una rottura di simmetria si ha quando qualcuna di queste cose salta: se ad esempio per andare al Rif. Gherardi, causa frana, devo per forza fare un altro sentiero e farmi portare in pullman al paese accanto - a quel punto non è più vero che la durata totale non dipende da quel che dice il tabellone a led. Oppure, se un allevatore ha messo dei cancellini per le sue pecore che si aprono facilmente in una direzione ma difficilmente nell'altra: in tal caso lo scambio dei due versi di percorrenza porta a due tempi totali diversi.
    Come la rottura possa essere "spontanea" non mi viene ancora in mente come illustrarlo, ma sono sicuro che un modo ci sarà... Basta restare il più possibile fedeli all'immagine "informale ma strutturalmente isomorfa" alla teoria reale e un sistema lo si trova.

    (Ora io per illustrare la lagrangiana ho utilizzato una circuitazione, che non è certo il suo significato reale e ha una dipendenza dal percorso che non dovrebbe esserci, ma probabilmente si possono trovare immagini ancora più stringenti e migliorare l'analogia).
  12. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Mmh forse sì, ma credo si faccia fatica a mantenere lo stesso livello di corrispondenza che c'è nella parte sui campi (il tuo post precedente), e a quel punto preferirei rinunciare alla metafora globale e spiegare direttamente cosa sono le quantità in gioco, al massimo con qualche metafora specifica per i vari concetti. Per dire, la frana che causa la dipendenza dall'orario degli autobus va benissimo per descrivere la rottura di simmetria di per sé, ma per essere anche consistente con la descrizione precedente questa frana dovrebbe avvenire in ogni sentiero possibile e dovrebbe riguardare diversamente le diverse particelle/campi; inoltre appunto, sarebbero i campi ad esserne influenzati (che prima non erano descritti come escursionisti ma come cartellini), e sarebbe un campo a causarla. Magari poi una metafora completa e autoconsistente la si trova, ma facile non è.

    edit: visto che la lagrangiana determina il moto e le interazioni delle particelle, potrebbe essere una guida alpinistica/turistica, che dipende dal valore dei vari campi in ciascun punto. Or something
  13. wago

    wago Enlisted Sailor

    Mah, in realtà sto pensando che non serva in realtà introdurre la lagrangiana, come d'altra parte non serve mettersi a parlare del significato probabilistico della funzione d'onda o di cosa sia lo spin. Conviene tenersi sui concetti minimi fondamentali per illustrare come si possa passare da una situazione in cui la massa non c'è e due campi sono simmetrici a una in cui invece la massa c'è e i due campi diventano diversi.
    La metafora classica per la rottura di simmetria è ovviamente quella della pallina in cima alla collina, che però ha a mio avviso un limite: considera il "paesaggio" come immutabile, e il sistema come un punto in grado di muoversi. E' molto astratta e difficilmente si adatta a un quadro in cui poi ci sono campi, particelle ecc in un altro paesaggio, più concreto.
    Sto provando a pensare a un mondo sommerso dall'acqua, con degli oggetti che galleggiano: attorno a loro, e tutto simmetrico. Se immaginiamo però che col passare del tempo l'acqua scenda (-> il paesaggio cambi) a un certo punto emergeranno le montagne, le colline e le rocce sottostanti. Da quel momento in poi sarà tutto meno simmetrico, ci sarà "chi sta sopra" e "chi sta sotto" ecc.
    E' ovviamente solo un abbozzo di idea, la corrispondenza è ancora molto vaga (cosa deve rappresentare ad esempio l'altezza/altezza dell'acqua?), ma ci penso su.
  14. wago

    wago Enlisted Sailor

    Altra immagine, parzialmente correlata: immaginiamo che i nostri simpatici "distributori di cartellini" vadano in giro su delle barchette a motore, grandi uguali, pesanti uguali, con la stessa forma, in una bacinella in calma assoluta. Ciascuno va dove gli pare, tutte le barchette si comportano in modo sostanzialmente analogo.
    Supponiamo però che, man mano, l'acqua si abbassi. Non si nota nulla fino a quando, a un certo punto, l'acqua finisce e tutti si ritrovano sul fondo della bacinella. A questo punto la faccenda cambia: le barche erano uguali per tanti versi, ma avevano le chiglie di materiale diverso. Alcune a contatto col fondo se la cavano bene, altre male. La barchetta "fotone" è liscissima, non subisce attrito; la barchetta "bosone W" al contrario è molto ruvida e fa una gran fatica a procedere (possiamo anche immaginare che debba bruciare i suoi cartellini per alimentare il motore, visto lo sforzo). E lo stesso vale per la barchetta "elettrone", quella "quark top" ecc.
    Certo, qua non è troppo chiaro cosa sia il bosone di Higgs (una barchetta prima "inutile", che ora invece può cambiare i cartellini che indicano il coefficiente di attrito del fondo?), né che legame stretto abbia con i campi deboli ed elettromagnetici. Ma una cosa alla volta :)

    edit: massì, c'è posto anche per il bosone. Basta pensare che questo attrito è un po' strano: il pavimento ha la stessa ruvidità in ogni punto, ma più è ruvido l'oggetto con cui il pavimento è a contatto, più aumenta anche il coefficiente d'attrito del pavimento (possiamo immaginare che il pavimento rilasci colla a chi gli sta già di suo particolarmente antipatico). Della cosa non s'accorge nessuno ordinariamente; ma se per caso una delle barchette si sfascia, "sul posto" rimane una zona più ruvida o collosa, che non se ne sta ferma ma si sposta seguendo il "rinculo" della rottura della barchetta. Come abbiamo imparato a vedere sopra, questa "onda" di colla è sostanzialmente la stessa cosa che una barchetta fantasma che cambia il cartellino dell'attrito nel posto in cui si trova: il bosone di Higgs.
  15. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Bella anche quella! Anche se sì, va completata. Si potrebbe anche dire che le particelle sono montagne e il campo di higgs è l'oceano che inizialmente le sommerge; la massa sarebbe l'altezza sul livello del mare, e in quel senso l'Higgs definisce la massa delle particelle quando rompe la sua simmetria scegliendo un'altezza stabile; però così sarebbe una descrizione molto parziale.

    Per me comunque ci sarebbe da distinguere due tipi di pubblico diversi: quelli che vorrebbero capire la fisica senza vedere alcuna formula o concetto astratto, ma aspettandosi che tutto sia spiegabile in modo meccanico e intuitivo, e quelli che vorrebbero capire la fisica dando anche uno sguardo alla sua struttura e al suo funzionamento. Per dire questa seconda categoria avrebbe comunque interesse a sapere cosa sia la lagrangiana, pur sapendo che è una cosa soprattutto tecnica e non fenomenologica. La prima categoria invece vuole qualcosa di semplice, intuitivo e anche vago. Quello a cui volevo arrivare è che una metafora abbastanza lunga e articolata da descrivere bene tutto il meccanismo di Higgs rischia di risultare troppo lunga per la prima categoria e troppo poco tecnica per la seconda. Io insomma preferisco parlare più sul tecnico (seppur senza entrare in dettaglio) e fare semmai piccole metafore indipendenti per alcuni concetti.
  16. wago

    wago Enlisted Sailor

    Massì. il "target" secondo me è una differenza fondamentale. Come lo sono il mezzo e il tempo a disposizione: se si deve far capire la cosa in una "terza pagina" di giornale è un conto, se lo spazio è quello di un'intervista televisiva è un altro, se è per il pubblico di una conferenza a un festival scientifico è un altro ancora, se è per degli studenti di quinta scientifico... eccetera.
    Quel che mi indispettisce un po' è che a dispetto delle ovvie differenze sopra citate le metafore impiegate siano sempre le stesse, come se gli stessi fisici non avessero la fantasia sufficiente per immaginare altre "illustrazioni" che non siano quelle già proposte e riproposte. La metafora della melassa e del tizio famoso l'ho vista usare a Balbi ieri in tv, al tizio di Borborigmi un anno fa sul suo blog, e a una miriade d'altri in questi giorni... Eppure mi sembra piuttosto mediocre, e di certo non la migliore possibile per un pubblico anche solo vagamente più "tecnico" o interessato del grado zero.

    Comunque ripensandoci l'ultima immagine citata sopra, quella delle barchette, mi piace parecchio. Quando ho un po' di tempo magari ne cavo fuori un articoletto per il blog dell'osservatorio dove ho fatto lo stage l'anno scorso. Ho già il titolo: "Il burlone di Higgs" :p
  17. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Ieri mi sono letto gli articoli del Corriere della sera e del Giornale di Vicenza sulla vicenda dell'Higgs, e... lol. Tentavano anche di entrare in dettaglio, ma c'erano imprecisioni e strafalcioni ovunque. Del tipo: "Il bosone di Higgs è quella particella che tiene assieme la materia" (wat) o in didascalia all'ormai classica immagine che mostra lo scontro dei due fasci di protoni che dà origine a over 9000 particelle "rappresentazione del bosone di Higgs" (???).


    Comunque, splendida collezione di foto dell'LHC: [url]http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/[/url]
  18. wago

    wago Enlisted Sailor

    Comunque vedo che anche sui blog più tecnici, tipo gravità zero o il ring di Science, nessuno si spinge fino a spiegare cosa siano i bosoni vettori intermedi. Qualcuno tenta di spiegare anche in modo piuttosto formale la rottura di simmetria, ma nessuno tenta davvero di far capire di che diamine di simmetria si parli :D
  19. Helios

    Helios Enlisted Sailor

    Haha sul corriere della sera erano solo elencati, affiancati alla data della loro scoperta sperimentale; che poi insomma, neanche sarebbe difficile spiegarli a grandi linee come "i messaggeri delle tre forze fondamentali, le quali soddisfano una simmetria detta di gauge"

    edit: anche minutephysics spiega il meccanismo di Higgs in modo meccanico come qualcosa che rallenta le particelle tramite "attrito" o "urti", seppur senza fare analogie con fotografi e simili: [url]http://www.youtube.com/watch?v=ASRpIym_jFM&feature=g-all-u[/url]
    Immagino che volendo spiegarlo in termini meccanici sia l'unica D:
  20. wago

    wago Enlisted Sailor

    Beh, la fai facile: in realtà spiegare cosa siano dei campi di gauge e come soprattutto questi possano essere identificabili con i veicoli delle forze osservate in natura è tutto meno che elementare. Infatti nessuno lo fa (io credo che non ne sarei proprio capace).

Share This Page