Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

Traduttore: Anna Cristiana Minoli Revisore: Ana María Pérez

So last year, on the Fourth of July,

L'anno scorso, il quattro luglio,

experiments at the Large Hadron Collider

gli esperimenti al Large Hadron Collider

discovered the Higgs boson.

hanno scoperto il bosone di Higgs.

It was a historical day.

È stato un giorno storico.

There's no doubt that from now on,

Non c'è dubbio che da ora in poi,

the Fourth of July will be remembered

il quattro di luglio verrà ricordato

not as the day of the Declaration of Independence,

non come il giorno della Dichiarazione di Indipendenza,

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

ma come il giorno della scoperta del Bosone di Higgs.

Well, at least, here at CERN.

Almeno qui al CERN.

But for me, the biggest surprise of that day

Ma per me, la più grande sorpresa di quel giorno

was that there was no big surprise.

è stata l'assenza di grandi sorprese.

In the eye of a theoretical physicist,

Dal punto di vista di un fisico teorico,

the Higgs boson is a clever explanation

il bosone di Higgs è una spiegazione intelligente

of how some elementary particles gain mass,

su come particelle elementari acquisiscano una massa,

but it seems a fairly unsatisfactory

ma sembra una soluzione

and incomplete solution.

incompleta e poco soddisfacente.

Too many questions are left unanswered.

Troppe domande rimangono senza risposta.

The Higgs boson does not share the beauty,

Il bosone di Higgs non condivide la bellezza,

the symmetry, the elegance,

la simmetria, l'eleganza,

of the rest of the elementary particle world.

del resto delle particelle elementari nel mondo.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Per questo motivo, la maggior parte dei fisici teorici

believe that the Higgs boson could not

crede che il bosone di Higgs

be the full story.

non sia tutto.

We were expecting new particles and new phenomena

Ci aspettavamo particelle nuove e fenomeni nuovi

accompanying the Higgs boson.

accanto al bosone di Higgs.

Instead, so far, the measurements

Invece, finora i dati

coming from the LHC show no signs of new particles

che ci vengono dal LHC non mostrano segnali della presenza

or unexpected phenomena.

di nuove particelle o fenomeni inattesi.

Of course, the verdict is not definitive.

Certo, il verdetto non è definitivo.

In 2015, the LHC will almost double

Nel 2015, il LHC raddoppierà

the energy of the colliding protons,

l'energia dei protoni in collisione,

and these more powerful collisions

e queste collisioni più potenti

will allow us to explore further the particle world,

ci permetteranno di esplorare ulteriormente il mondo delle particelle,

and we will certainly learn much more.

e certamente impareremo molto di più.

But for the moment, since we have found

Ma per il momento, visto che non abbiamo trovato

no evidence for new phenomena, let us suppose

evidenze della presenza di nuovi fenomeni, supponiamo

that the particles that we know today,

che le particelle che conosciamo oggi,

including the Higgs boson,

compreso il bosone di Higgs,

are the only elementary particles in nature,

siano le uniche particelle elementari in natura,

even at energies much larger

anche ad energie molto più potenti

than what we have explored so far.

di quelle che abbiamo esplorato fino ad ora.

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

Vediamo dove ci portano queste ipotesi.

We will find a surprising and intriguing result

Scopriremo un risultato sorprendente e intrigante

about our universe, and to explain my point,

sul nostro universo, e per spiegare il mio punto,

let me first tell you what the Higgs is about,

vi racconterò cos'è il bosone di Higgs.

and to do so, we have to go back

Per fare questo, dobbiamo tornare

to one tenth of a billionth of a second

a un decimo di miliardo di secondo

after the Big Bang.

dopo il Big Bang.

And according to the Higgs theory,

Secondo la teoria di Higgs,

at that instant, a dramatic event took place

in quel momento, si è verificato nell'universo

in the universe.

un evento incredibile.

Space-time underwent a phase transition.

Lo spazio-tempo ha subito una fase di transizione.

It was something very similar to the phase transition

È stata una cosa molto simile alla fase di transizione

that occurs when water turns into ice

che si verifica quando l'acqua si trasforma in ghiaccio

below zero degrees.

al di sotto dello zero.

But in our case, the phase transition

Ma nel nostro caso, la fase di transizione

is not a change in the way the molecules

non è un cambiamento del modo in cui le molecole

are arranged inside the material,

sono disposte all'interno dei materiali,

but is about a change

si tratta di un cambiamento

of the very fabric of space-time.

interno al tessuto dello spazio-tempo.

During this phase transition, empty space

Durante questa fase di transizione, lo spazio vuoto

became filled with a substance

si è riempito con una sostanza

that we now call Higgs field.

che ora chiamiamo campo di Higgs.

And this substance may seem invisible to us,

Questa sostanza potrebbe sembrarci invisibile,

but it has a physical reality.

ma ha una realtà fisica.

It surrounds us all the time,

È continuamente intorno a noi,

just like the air we breathe in this room.

proprio come l'aria che respiriamo in questa stanza.

And some elementary particles interact

E alcune particelle elementari interagiscono

with this substance, gaining energy in the process.

con questa sostanza, acquisendo energia con questo processo.

And this intrinsic energy is what we call

L'energia intrinseca è quella che chiamiamo

the mass of a particle,

la massa della particella.

and by discovering the Higgs boson, the LHC

Scoprendo il bosone di Higgs, il LHC

has conclusively proved that this substance is real,

ha provato definitivamente che questa sostanza è reale,

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

perché è la roba di cui è fatto il bosone di Higgs.

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

In poche parole, questa è l'essenza della storia di Higgs.

But this story is far more interesting than that.

Ma questa storia è molto più interessante.

By studying the Higgs theory,

Studiando la teoria di Higgs,

theoretical physicists discovered,

i fisici teorici hanno scoperto,

not through an experiment

non attraverso un esperimento

but with the power of mathematics,

ma con la forza della matematica,

that the Higgs field does not necessarily exist

che il campo di Higgs non esiste necessariamente

only in the form that we observe today.

solo nella forma che osserviamo oggi.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Proprio come la materia può essere liquida o solida,

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

il campo di Higgs, la sostanza che riempie lo spazio-tempo,

could exist in two states.

può esistere in due stati.

Besides the known Higgs state,

Oltre al noto stato di Higgs,

there could be a second state in which the Higgs field

può esserci un secondo stato in cui il campo di Higgs

is billions and billions times denser

è miliardi di miliardi di volte più denso

than what we observe today,

di quello che osserviamo oggi,

and the mere existence of another state

e la sola esistenza di un altro stato

of the Higgs field poses a potential problem.

del campo di Higgs pone un potenziale problema.

This is because, according to the laws

Questo perché, secondo le leggi

of quantum mechanics, it is possible

della meccanica quantistica, è possibile

to have transitions between two states,

avere transizione tra i due stati,

even in the presence of an energy barrier

anche in presenza di una barriera di energia

separating the two states,

che separa i due stati,

and the phenomenon is called,

Il fenomeno è giustamente denominato,

quite appropriately, quantum tunneling.

effetto tunnel.

Because of quantum tunneling,

A causa dell'effetto tunnel,

I could disappear from this room

potrei sparire da questa stanza

and reappear in the next room,

e riapparire in quella accanto,

practically penetrating the wall.

praticamente attraversando il muro.

But don't expect me to actually perform the trick

Ma non vi aspettate che lo faccia

in front of your eyes, because the probability

di fronte a voi, perché la probabilità

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

di poter attraversare il muro è ridicolmente bassa.

You would have to wait a really long time

Dovreste aspettare molto a lungo

before it happens, but believe me,

prima che accada, ma credetemi,

quantum tunneling is a real phenomenon,

l'effetto tunnel è un fenomeno reale,

and it has been observed in many systems.

ed è stato osservato in molti sistemi.

For instance, the tunnel diode,

Per esempio, un diodo a effetto tunnel,

a component used in electronics,

un componente usato in elettronica,

works thanks to the wonders

funziona grazie alle meraviglie

of quantum tunneling.

dell'effetto tunnel.

But let's go back to the Higgs field.

Ma torniamo al campo di Higgs.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Se esiste lo stato di Higgs ultradenso,

then, because of quantum tunneling,

allora, per via del tunnel quantistico,

a bubble of this state could suddenly appear

potrebbe apparire improvvisamente una bolla di questo stato

in a certain place of the universe at a certain time,

in un certo punto dell'universo, in un certo momento,

and it is analogous to what happens when you boil water.

ed è simile a quello che accade quando bollite l'acqua.

Bubbles of vapor form inside the water,

Bolle di vapore contenute nell'acqua,

then they expand, turning liquid into gas.

si espandono, trasformano il liquido in gas.

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

Allo stesso modo, una bolla dello stato di Higgs ultradenso

could come into existence because of quantum tunneling.

potrebbe nascere a causa dell'effetto tunnel

The bubble would then expand at the speed of light,

La bolla si espanderebbe alla velocità della luce,

invading all space, and turning the Higgs field

invadendo tutto lo spazio, e trasformando il campo di Higgs

from the familiar state into a new state.

dallo stato che ci è familiare in un nuovo stato.

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

È un problema? Sì, è un grosso problema.

We may not realize it in ordinary life,

Potremmo non rendercene conto nella vita quotidiana

but the intensity of the Higgs field is critical

ma l'intensità del campo di Higgs è critica

for the structure of matter.

per la struttura della materia.

If the Higgs field were only a few times more intense,

Se il campo di Higgs fosse solo leggermente più intenso,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

vedremmo atomi restringersi, neutroni decadere

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

all'interno di nuclei atomici, nuclei disintegrarsi,

and hydrogen would be

e l'idrogeno sarebbe

the only possible chemical element in the universe.

l'unico possibile elemento chimico dell'universo.

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

Il campo di Higgs, nello stato di Higgs ultradenso,

is not just a few times more intense than today,

non è leggermente più intenso di oggi,

but billions of times,

ma miliardi di volte più intenso.

and if space-time were filled by this Higgs state,

Se lo spazio-tempo fosse pieno di questo stato di Higgs,

all atomic matter would collapse.

tutta la materia atomica crollerebbe.

No molecular structures would be possible, no life.

Non esisterebbe nessuna struttura molecolare, niente vita.

So, I wonder, is it possible

Quindi mi chiedo, è possibile

that in the future, the Higgs field

che in futuro, il campo di Higgs

will undergo a phase transition and,

subisca una fase di transizione e

through quantum tunneling, will be transformed

attraverso l'effetto tunnel, si trasformi

into this nasty, ultra-dense state?

in questo odioso stato ultradenso?

In other words, I ask myself, what is the fate

In altre parole, mi chiedo, qual è il destino

of the Higgs field in our universe?

del campo di Higgs nel nostro universo?

And the crucial ingredient necessary

L'ingrediente critico necessario

to answer this question is the Higgs boson mass.

per rispondere a questa domanda è la massa del bosone di Higgs.

And experiments at the LHC found that the mass

Esperimenti al LHC hanno scoperto che la massa

of the Higgs boson is about 126 GeV.

del bosone di Higgs è circa 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

È minuscolo espresso in unità che ci sono familiari,

because it's equal to something like

perché equivale a qualcosa come

10 to the minus 22 grams,

10 alla meno 22 grammi,

but it is large in particle physics units,

ma è enorme in termini di unità di particelle fisiche,

because it is equal to the weight

perché equivale al peso

of an entire molecule

di un'intera molecola

of a DNA constituent.

di un componente del DNA.

So armed with this information from the LHC,

Armati di questa informazione del LHC,

together with some colleagues here at CERN,

insieme ad alcuni colleghi qui al CERN,

we computed the probability

abbiamo calcolato la probabilità

that our universe could quantum tunnel

che il nostro universo possa passare

into the ultra-dense Higgs state,

allo stato di Higgs ultradenso, attraverso l'effetto tunnel

and we found a very intriguing result.

e abbiamo scoperto un risultato molto intrigante.

Our calculations showed

I nostri calcoli hanno mostrato

that the measured value of the Higgs boson mass

che il valore misurato della massa del bosone di Higgs

is very special.

è molto particolare.

It has just the right value

Ha il valore esatto

to keep the universe hanging

che serve all'universo

in an unstable situation.

a rimanere in una situazione instabile.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Il campo di Higgs è in una situazione vacillante

that has lasted so far

che è durata fino ad oggi,

but that will eventually collapse.

ma che alla fine crollerà.

So according to these calculations,

Secondo questi calcoli,

we are like campers

siamo come campeggiatori

who accidentally set their tent

che accidentalmente piantano la tenda

at the edge of a cliff.

sul bordo di un precipizio.

And eventually, the Higgs field

E alla fine, il campo di Higgs

will undergo a phase transition

subirà una fase di transizione

and matter will collapse into itself.

e la materia si ripiegherà su se stessa.

So is this how humanity is going to disappear?

È così che sparirà l'umanità?

I don't think so.

Non credo.

Our calculation shows that quantum tunneling

I nostri calcoli mostrano che l'effetto tunnel

of the Higgs field is not likely to occur

del campo di Higgs non si verificherà

in the next 10 to the 100 years,

nei prossimi 10 a 100 anni,

and this is a very long time.

ed è un periodo lungo.

It's even longer than

È anche più lungo

the time it takes for Italy to form a stable government.

del tempo che serve all'Italia per formare un governo stabile.

(Laughter)

(Risate)

Even so, we will be long gone by then.

Ciò nonostante, non ci saremo più da un pezzo.

In about five billion years,

In circa cinque miliardi di anni,

our sun will become a red giant,

il nostro sole diventerà un gigante rosso,

as large as the Earth's orbit,

grande quanto l'orbita della Terra,

and our Earth will be kaput,

e la nostra Terra sarà finita.

and in a thousand billion years,

Tra cento miliardi di anni,

if dark energy keeps on fueling

se l'energia oscura continuerà ad alimentare

space expansion at the present rate,

l'espansione dello spazio al ritmo attuale,

you will not even be able to see as far as your toes,

non riuscirete a vedere più in là delle vostra dita,

because everything around you

perché tutto intorno a voi

expands at a rate faster than the speed of light.

si espande a un ritmo più veloce della velocità della luce.

So it is really unlikely

Quindi è molto improbabile

that we will be around to see the Higgs field collapse.

che ci saremo ancora per vedere il campo di Higgs crollare.

But the reason why I am interested

Ma il motivo per cui mi interessa

in the transition of the Higgs field

la transizione del campo di Higgs

is because I want to address the question,

è che voglio porre una domanda:

why is the Higgs boson mass so special?

perché la massa del bosone di Higgs è così speciale?

Why is it just right to keep the universe

Perché è giusto tenere l'universo

at the edge of a phase transition?

sull'orlo di una fase di transizione?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

I fisici teorici si fanno sempre domande con il "perché".

More than how a phenomenon works,

I fisici teorici sono sempre interessati

theoretical physicists are always interested in

al perché un fenomeno funziona in un determinato modo,

why a phenomenon works in the way it works.

più che al funzionamento stesso del fenomeno.

We think that this these "why" questions

Crediamo che queste domande "perché"

can give us clues

possano darci indicazioni

about the fundamental principles of nature.

sui principi fondamentali di funzionamento della natura.

And indeed, a possible answer to my question

E infatti, una possibile risposta alla mia domanda

opens up new universes, literally.

apre letteralmente nuovi universi.

It has been speculated that our universe

Si è pensato che il nostro universo

is only a bubble in a soapy multiverse

sia una bolla in un multiverso saponoso

made out of a multitude of bubbles,

fatto di una miriade di bolle,

and each bubble is a different universe

in cui ogni bolla è un universo diverso

with different fundamental constants

con diverse costanti fondamentali

and different physical laws.

e diverse leggi fisiche.

And in this context, you can only talk about

In questo contesto, si può solo parlare

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

della probabilità di trovare un certo valore della massa di Higgs.

Then the key to the mystery

La chiave del mistero

could lie in the statistical properties

potrebbe essere nelle proprietà statistiche

of the multiverse.

del multiverso.

It would be something like what happens

Sarebbe come quello che si verifica

with sand dunes on a beach.

con le dune di sabbia su una spiaggia.

In principle, you could imagine to find sand dunes

In linea di principio, potete immaginare di trovare dune di sabbia

of any slope angle in a beach,

di qualunque inclinazione su una spiaggia,

and yet, the slope angles of sand dunes

eppure, l'inclinazione delle dune di sabbia

are typically around 30, 35 degrees.

sono tipicamente intorno ai 30, 35 gradi.

And the reason is simple:

Il motivo è semplice:

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

perché il vento soffia sulla sabbia, la gravità la fa cadere.

As a result, the vast majority of sand dunes

Di conseguenza, la grande maggioranza delle dune di sabbia

have slope angles around the critical value,

ha angoli di inclinazione intorno al valore critico:

near to collapse.

prossime al crollo.

And something similar could happen

Una cosa simile potrebbe accadere

for the Higgs boson mass in the multiverse.

per la massa del bosone di Higgs nel multiverso.

In the majority of bubble universes,

Nella maggior parte degli universi a bolle,

the Higgs mass could be around the critical value,

la massa di Higgs potrebbe aggirarsi intorno al valore critico,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

prossimo al collasso cosmico del campo di Higgs,

because of two competing effects,

a causa di due effetti che competono fra loro,

just as in the case of sand.

proprio come nel caso della sabbia.

My story does not have an end,

La mia storia non ha una fine,

because we still don't know the end of the story.

perché ancora non sappiamo la fine della storia.

This is science in progress,

La scienza fa progressi,

and to solve the mystery, we need more data,

e per risolvere il mistero, abbiamo bisogno di più dati,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

e con un po' di fortuna, il LHC aggiungerà presto nuove indicazioni

to this story.

a questa storia.

Just one number, the Higgs boson mass,

Solo un numero, la massa del bosone di Higgs,

and yet, out of this number we learn so much.

eppure, da questo numero impariamo così tanto.

I started from a hypothesis, that the known particles

Ho iniziato da un'ipotesi: che le particelle note

are all there is in the universe,

sono tutto quello che c'è nell'universo,

even beyond the domain explored so far.

anche oltre i domini esplorati finora.

From this, we discovered that the Higgs field

Da questo, abbiamo scoperto che il campo di Higgs

that permeates space-time may be standing

che permea lo spazio-tempo potrebbe essere

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

sull'orlo di un collasso cosmico, pronto a crollare.

and we discovered that this may be a hint

Abbiamo scoperto che potrebbe essere l'indizio

that our universe is only a grain of sand

che il nostro universo è solo un granello di sabbia

in a giant beach, the multiverse.

di una spiaggia gigantesca, il multiverso.

But I don't know if my hypothesis is right.

Ma non so se le mie ipotesi sono vere.

That's how physics works: A single measurement

La fisica funziona così: un singolo dato

can put us on the road to a new understanding

può indicarci la strada di nuove scoperte

of the universe

sull'universo

or it can send us down a blind alley.

o può spedirci in un vicolo cieco.

But whichever it turns out to be,

Ma qualunque sia,

there is one thing I'm sure of:

di una cosa sono sicuro:

The journey will be full of surprises.

il viaggio sarà pieno di sorprese.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)