Di seguito riporto una lettera di R.J.Taylor del
Perimeter Institute for Theoretical Physics in cui lo scienziato riflette sulla portata che potrebbe avere la recente scoperta di un bosone consistente con l'Higgs, protagonista indiscusso della conferenza tenutasi al CERN di Ginevra lo scorso 4 luglio 2012.
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Nell'immagine il diagramma combinato del piccolo, appena percettibile,
picco di frequenza di eventi correlati al canale di decadimento del candidato bosone di
Higgs in due fotoni (canale gamma-gamma), rivelato sia dalla Collaborazione ATLAS e sia da CMS |
I fisici che lavorano al CERN hanno annunciato la scoperta di una nuova particella, che è quasi certo possa essere il bosone di Higgs. Il bosone di Higgs è l'ultimo pezzo mancante del Modello Standard delle particelle e delle loro interazioni, ed è cruciale per capire perché le particelle fondamentali hanno una massa. È stato proposto per la prima volta nel 1960 ed è stato attivamente ricercato per decenni. Ora, finalmente, è stato trovato: due esperimenti sul Large Hadron Collider, denominati ATLAS e CMS, ciascuno indipendentemente, hanno annunciato che avrebbero misurato i prodotti di decadimento di una particella del peso di circa 126 GeV, ne più ne meno quanto un atomo di cesio. "Questo è un giorno sensazionale per la fisica delle particelle, il più emozionante degli ultimi decenni. L’Istituto Perimeter si congratula con il CERN e le migliaia di fisici che hanno lavorato duramente per ottenere questo risultato. Si tratta di un trionfo spettacolare e apre la porta per comprendere ciò che sta oltre il Modello Standard: dalla materia oscura ai neutrini, l'energia del vuoto, e la fisica del Big Bang. Siamo ora in grado di anticipare ulteriori scoperte", ha dichiarato il nostro Direttore, Prof. Nigel Turok. Un aggiornamento sulla strada di queste nuove scoperte arriverà nel mese di agosto, quando i fisici teorici e sperimentali della Collaborazione CMS si riuniranno all’Istituto Perimeter. La conferenza si concentrerà sui nuovi dati emersi, sulle teorie che spiegano tutti gli aspetti di questi risultati, su quali possano essere le successive misure importanti, e su ciò che è probabile si possa imparare da queste. La scoperta della nuova particella arriva attraverso l'analisi delle particelle di decadimento. Gli scienziati studiano prodotti di decadimento del bosone di Higgs, perché è molto instabile. Si è prodotto dalle collisioni ad altissima energia, come quelli del Large Hadron Collider, ma la sua vita è breve, perché dura solo una minuscola frazione di secondo – un tempo inferiore a quello che occorre ad un fascio di luce per attraversare la larghezza di un atomo - prima di decadere in una manciata di particelle secondarie. Sono queste particelle secondarie che vengono rilevate e le cui caratteristiche sono misurate dai rivelatori ATLAS e CMS. Ci sono diverse combinazioni speciali di particelle in cui il bosone di Higgs può decadere e ognuna di queste combinazioni è chiamata un "canale". Le Collaborazioni CMS e ATLAS hanno cercato la particella di Higgs in tutti i canali principali e ogni esperimento l’ha trovata nei due canali che sono stati previsti essere i più comuni. In particolare, CMS e ATLAS hanno registrato eventi in cui l'Higgs decade in due fotoni ed eventi dove l'Higgs decade in due leptoni / anti-coppie di leptoni. Essi hanno anche esaminato altri canali, ma finora non abbiamo dati sufficienti per dire qualcosa di definitivo su questi ultimi. Il prossimo passo sarà quello di misurare ogni canale con maggiore attenzione e delineare esattamente come avvengono i decadimenti della particella: in quali canali e con quali frequenze. Questo non solo per confermare che questa particella di Higgs è quella che cercavamo - come sembra quasi certo - ma anche per dirci che tipo di Higgs è. I teorici hanno un certo numero di idee in competizione sulla struttura alla base sia del Modello Standard, sia del meccanismo di Higgs. Ognuna di queste idee in competizione dà previsioni un po' diverse sulle proprietà del bosone di Higgs. Con la mappatura dei canali di decadimento – oltre ad esempio per misurarne lo spin - possiamo determinare quali sono le proprietà della particella di Higgs recentemente scoperta. L'Higgs diventa allora uno strumento per sondare la fisica oltre il Modello Standard.
È un bellissimo esempio di come l'esperimento può andare oltre la teoria. La teoria, però, può anche superare l'esperimento. Per esempio, ci sono alcuni indizi che la nuova particella appena scoperta possegga delle proprietà sorprendenti. In particolare, sembra decadere in coppie di fotoni più spesso di quanto ci si aspetterebbe. L'eccesso del canale dei fotoni (o canale gamma-gamma) è confinato entro un certo spazio molto piccolo dei diagrammi composti sul dato delle collisioni, e finora questo è solo un effetto che possiede un livello di confidenza di 1-2 sigma, nel senso che è possibile - anzi abbastanza probabile - che si tratti di una deviazione statistica. Nel mese di aprile 2012, l’Istituto Perimeter ha ospitato una riunione di fisici provenienti da ATLAS per discutere i risultati sull’Higgs dello scorso anno e le prospettive per una maggiore precisione di misurazione dei diversi canali di decadimento. È chiaro che altri dati saranno necessari per distinguere una anomalia reale nel canale fotone dal rumore statistico. Questo richiederà del tempo. Ma non è nella natura dei fisici notare una piccola anomalia nello scoprire una nuova particella, e non prestare attenzione a tale anomalia. Ciò è particolarmente vero in questo caso, poiché l'anomalia è un eccesso in un luogo dove molte teorie prevedono un deficit. La domanda ora diventa: questo è un indizio di una nuova fisica? Se lo è, dove dovremmo cercare le prove che corroborino quest'ipotesi? I teorici avranno bisogno di costruire nuovi modelli che riproducono i risultati del CERN e cercare di vedere quali altri segnali il nuovo modello potrebbe generare. Tali segnali concordanti potrebbero quindi essere la prossima direzione di ricerca. C'è una sensazione chiara, qui all’Istituto Perimeter, ed è quella che una porta si è aperta. La particella scoperta al CERN è davvero un bosone di Higgs un po' diverso da quello che ci si sarebbe aspettato? In questo caso si potrebbe aprire una porta su una nuova Fisica. O è il bosone di Higgs del Modello Standard? Se fosse così potrebbe diventare uno strumento per sondare le teorie che stanno alla base del Modello Standard. È troppo presto per rispondere a tali domande, ma in ogni modo, l'eccitazione sta aumentando.
R.J. Taylor
Direttore delle Relazioni Esterne
Perimeter Institute for Theoretical Physics
