23 giugno 2014

Nuove conferme per il bosone di Higgs

La particella scoperta presso il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra si comporta proprio come il bosone di Higgs previsto dal modello standard della fisica delle particelle. La conferma viene da una nuova analisi dei dati raccolti con l'esperimento CMS che ha mostrato che il bosone di Higgs può decadere anche in una coppia di fermioni, e non solo di bosoni(red)

il bosone di Higgs, la “particella di Dio” prevista dal modello standard della fisica e trovata grazie agli esperimenti effettuati al CERN di Ginevra, può decadere anche in due fermioni e non solo in due bosoni, come verificato finora. Il risultato, frutto di una nuova analisi dei dati raccolti con l'esperimento CMS dell'acceleratore Large Hadron Collider (LHC) è una conferma che il bosone di Higgs scoperto nel 2012 è effettivamente il tipo di particella previsto dalla teoria.

“Si tratta di un enorme passo in avanti”, commenta Vincenzo Chiochia, dell'Istituto di fisica dell'Università di Zurigo, coautore dell'articolo apparso su "Nature Physics" a firma della collaborazione CMS. “Ora che sappiamo che il bosone di Higgs ha questi due diversi "canali" di decadimento, possiamo escludere alcune teorie che prevedono il solo decadimento in bosoni.

Nuove conferme per il bosone di Higgs
Simulazione degli eventi di decadimento emersi da collisioni di particelle all'interno di LHC e rilevati con l'esperimento CMS. In questa selva di eventi occorre cercare quelli che riguardano il bosone di Higgs. (Cortesia Collaborazione CMS/CERN)
Fermioni e bosoni sono due grandi famiglie in cui vengono suddivise le particelle elementari. I fermioni sono quelle che hanno un valore di spin multiplo dispari di 1/2, mentre i bosoni sono caratterizzati dall'avere spin intero. I fermioni hanno due caratteristiche fisiche peculiari che li distinguono dai bosoni: sono sempre dotate di massa (e costituiscono tutta materia), contrariamente ad alcuni bosoni che possono non avere massa.

Il bosone di Higgs è una particella prevista per via teorica dal fisico britannico Peter Higgs, premio Nobel per la fisica nel 2013 insieme con il belga François Englert, e che, secondo il modello standard, conferisce alle particelle la loro massa. Con la costruzione del Large Hadron Collider presso il CERN di Ginevra, finalmente si è avuta l'opportunità di raggiungere l'enorme intervallo di energie necessarie a rilevare il bosone di Higgs.

Quest'ultimo vive
per un intervallo di tempo brevissimo per poi decadere in particelle di altro tipo e può quindi essere rilevato per via indiretta, cercando i suoi prodotti di decadimento. Questi prodotti di decadimenti sono stati trovati nel 2012 grazie agli esperimenti CMS e ATLAS di LHC, che hanno visto una forte partecipazione italiana.

“Sempre secondo il modello standard, l'interazione tra il campo di Higgs, il meccanismo che conferisce massa alle particelle, e i fermioni deve avere un'intensità proporzionale alla loro massa”, continua Chiochia. "Il risultato è una forte indicazione del fatto che la particella scoperta nel 2012 si comporta effettivamente come il bosone di Higgs prevista dalla teoria”.

In quest'ultimo studio, Chiochia e colleghi hanno analizzato i dati raccolti con l'LHC tra il 2011 e il 2012, andando alla ricerca di candidati eventi di decadimento del bosone di Higgs in due tipi di particelle diverse, il quark top e il leptone tau, entrambi appartenenti alla classe dei fermioni.

I dati hanno confermato la presenza di questi due decadimenti per una massa del bosone di Higgs di 125 GeV (miliardi di elettronvolt) lo stesso valore attribuito all'Higgs all'epoca della scoperta. I nuovi dati hanno una significatività statistica di 3,8 sigma: non si tratta del fatidico 5 sigma necessario per poter parlare di scoperta, ma comunque di un valore fortemente indicativo del fatto che ci si trova di fronte all'Higgs come viene descritto dalla teoria.