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Higgs, Scoperta o Conferma?

Nel numero di Settembre (2012) di Le Scienze, come tutti i mesi da qualche tempo, viene tenuta una rubrica di Filosofia della Scienza che questo mese mi ha incuriosito particolarmente perché ha fatto notare come ci sia una differenza filosofica ma non scientifica tra una Scoperta ed una Conferma di un fenomeno. Il pretesto per parlare di questa differenza è la notizia della rivelazione da parte degli esperimenti ATLAS e CMS di LHC al CERN di una particella, le cui caratteristiche sono molto simili a quelle del Bosone di Higgs, fanno ben sperare di aver dato finalmente conferma alla teoria di Higgs.

Pretesto

L’annuncio ufficiale del CERN del 4 Luglio 2012, spiegava che essendo stato osservato sia in ATLAS che in CMS unfenomeno a 5-sigma si era in presenza della scoperta di una nuova particella escludendo quindi una fluttuazione casuale come invece sarebbe stato interpretato un fenomeno osservato ad esempio a 3-sigma. Riporto qui le due parti principali:

“We observe in our data clear signs of a new particle, at the level of 5 sigma, in the mass region around 126 GeV. The outstanding performance of the LHC and ATLAS and the huge efforts of many people have brought us to this exciting stage” (F. Gianotti – ATLAS spokenperson).

“The results are preliminary but the 5 sigma signal at around 125 GeV we’re seeing is dramatic. This is indeed a new particle. We know it must be a boson and it’s the heaviest boson ever found”(J. Incandela – CMS spokenperson).

Il linguaggio della Scienza

Cosa vuol dire 3 o 5-sigma nel linguaggio della scienza? è la stima della probabilità di ottenere i dati ottenuti dagli esperimenti del CERN se non fosse il bosone di Higgs, infatti 5-sigma corrisponde alla probabilità ‘p’ di 3x10E-7 e cioè di una su 3.5 milioni. Obiettivamente per le persone comuni usare 5-sigma come discriminante tra una scoperta o altro non è un modo semplice, l’affermazione più comprensibile sarebbe probabilmente: “ la probabilità che esista l’Higgs è del 99,9 % ” ma purtroppo non è così semplice eseguire stime così precise in fenomeni di “stampo” quantistico come quelli della fisica delle particelle.

Gli scienziati testano la probabilità che un dato evento da loro ipotizzato accada. Nella sperimentazione viene quindi calcolata la probabilità di ottenere i dati che effettivamente si ritrovano a misurare considerando che tra due fenomeni A e B non vi sia relazione. Se la probabilità è bassa vuol dire che tra i due fenomeni una relazione deve intercorrere. Ma quanto bassa deve essere questa probabilità? Si parla di norma di valori di ‘p’ tra 0.01 e 0.05. Nella fisica delle alte energie invece sono più esigenti e si parla della presenza di una particella solo con p=0.003 e si parla di “scoperta” quando p=0.0000003. I motivi di standard così stringenti sono le fluttuazioni casuali che sono state registra a 3-sigma e il fatto che eventi casuali in campi così ampi di energia possono essere registrati in modo sporadico e poco significativo. I calcoli che sono dietro alla definizione di 5-sigma per l’evento dell’ “Higgs”  sono in realtà molto più complessi dei semplici ragionamento fatti sopra. Questo perché l’analisi finale dei dati, che i fisici chiamano modellizzazione statistica collaborativa, considera tutti i dati rilevati da ATLAS e CMS e provenienti da diversi deglistrumenti da essi utilizzati. Questo complicato e laborioso passaggio di analisi ci porta ad un valore di p di 0.0000003 che, come abbiamo già detto, ci parla di una Scoperta.

Il linguaggio della Filosofia

Ma come si definire una scoperta? Nel senso comune la scoperta può avvenire se si è trovato qualcosa di imprevistoo anche se si è trovata conferma (anche parziale) ad una teoria ipotizzata precedentemente. Quest’ultima situazione è un Scoperta o una Conferma? Le evidenze sperimentali presentate dagli esperimenti ATLAS e CMS ci parlano di un evidenza positiva per la teoria che prevede il bosone di Higgs. Per la filosofia però pare che non sia chiaro se si possa parlare di scoperta, esiste infatti una “teoria della conferma” che studia in sostanza il significato della probabilità e della sua interpretazione che appunto non è sempre così chiara. Per il CERN la Scoperta è una Conferma con affidabilità statistica (ecco la probabilità), come abbiamo visto, uguale o maggiore a 5-sigma. Quindi scoperta e conferma sono la stessa cosa. Per la filosofia i due concetti sono separati, perché suddivide il processo evolutivo scientifico un due fasi ricorrenti (Popper; La logica della Scoperta scientifica; 1934):

  1. Concepimento di un idea caratterizzato da irrazionalità e creatività.
  2. Verifica sperimentale della teoria attraverso esperimenti ripetibili.

Questi due momenti vengono detti rispettivamente Contesto della Scoperta e Contesto della Giustificazione. Essi sono separati per la filosofia e sono da sempre oggetto di dibattito, specialmente negli anni ’60, quando la giustificazione venne criticata perché mostrava tratti di irrazionalità. Resta comunque, per la filosofia, una separazione tra Scoperta e Conferma che per la scienza non esiste.

Questa differenza tra visione filosofica e visione scientifica del procedere delle scoperte scientifiche è sicuramente uno punto di vista molto particolare da cui guardare la scoperta o la conferma dell’Higgs. Dobbiamo quindi farci qualche domanda in più quando leggiamo di presunte scoperte sui media siano di settore oppure no. Quando leggete di una Scoperta cosa pensate?

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