Oltre
a indicare la via per una possibile unificazione, il modello standard,
comprendente la QCD e la teoria elettrodebole, ha sollevato problemi delicati
per gli acceleratori di oggi e di domani. Tra i molti obiettivi dei dispositivi
attuali vi è il tentativo di verificare con maggiori particolari le previsioni
della QCD. Nei prossimi anni gli acceleratori con le energie più elevate,
necessarie per produrre in numero adeguato i bosoni pesanti W e Z0
, forniranno ulteriori informazioni sulla teoria elettrodebole. Sarebbe da
presuntuosi affermare che queste indagini non riserveranno alcuna sorpresa. La
coerenza e i successi sperimentali del modello standard alle energie
attuali fanno pensare però che, per risolvere i problemi fondamentali, dobbiamo
compiere un grande passo avanti nell'energia di interazione rispetto alle
diverse centinaia di GeV (miliardi di elettronvolt) ottenibili negli
acceleratori più potenti oggi in funzione.
Pur
essendo decisamente privo di incoerenza, il modello standard è incompleto,
tanto da farci auspicare ulteriori spiegazioni. il modello non spiega lo schema
delle masse dei quark e dei leptoni e nemmeno il fatto che, pur rispettando gli
ambiti familiari, le transizioni deboli talvolta li attraversano. Rimane da
chiarire il problema stesso delle famiglie. Perché dovrebbero esistere tre
insiemi corrispondenti di quark e di leptoni? Ve ne potrebbero essere di più?
Per
precisare completamente il modello standard sono necessari venti o più
parametri, costanti non previste dalla teoria: tra essi le intensità di
accoppiamento delle interazioni forte, debole ed elettromagnetica, le masse dei
quark e dei leptoni e altri parametri che caratterizzano le interazioni del
bosone di Higgs. Inoltre i costituenti apparentemente fondamentali e i portatori
di forza ammontano al almeno 37: 18 quark (sei sapori, ciascuno dei quali a tre
colori), sei leptoni, il fotone, otto gluoni, tre bosoni intermedi e l'ipotetico
bosone di Higgs. Per quanto concerne la semplicità, il modello standard non
pare presentare alcun progresso rispetto alla antica visione della materia
costituita da terra, acqua, aria e fuoco, interagenti tramite l'amicizia e il
dissidio. Incoraggiati dai precedenti storici, molti fisici spiegano la
diversità supponendo che queste particelle apparentemente fondamentali siano
costituite da varie combinazioni di particelle ancora più piccole.
LE
PARTICELLE FERMIONICHE
Quark
Leptoni
I
BOSONI VETTORI
Forza elettrodebole
Forza forte
Gravità
Il
modello standard della fisica delle particelle comprende sei quark
colorati e sei leptoni incolori, che sono assoggettati alle forze di
natura trasportate da dodici bosoni di gauge, scoperti sperimentalmente,
e da un gravitone, soltanto ipotizzato. I gluoni portano ognuno un
colore, il blu per esempio, e un anticolore, per esempio l'antirosso
(che nell'illustrazione risulta rosso). Anche se dovrebbero esserci tre
gluoni bianchi, perché il rosso e l'antirosso, per esempio, si
cancellano, uno dei bianchi è matematicamente superfluo, e quindi
abbiamo otto gluoni invece di nove.
Vi
sono altri due punti critici nei quali il modello standard pare fallire. Né le
teorie separate della interazione forte e della interazione elettrodebole né
l'ipotetica unificazione delle due prendono in considerazione la gravità. Che
la gravità si possa descrivere in una teoria quantistica e unificare con le
altre forze fondamentali rimane un problema aperto. Un'altra lacuna fondamentale
del modello standard riguarda il bosone di Higgs. La teoria elettrodebole
richiede l'esistenza del bosone di Higgs, ma non definisce esattamente come
debba interagire questa particella con le altre particelle e nemmeno quale debba
essere la sua massa, se non in termini molto ampi.
