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La bellezza nascosta del bosone di Higgs

29 Aug , 2018  

Cosa rende il bosone di Higgs così interessante agli occhi dei fisici delle alte energie?
Cosa ci ha convinti a cercarlo per decenni, e una volta trovato, ci motiva a continuare lo studio delle sue caratteristiche?
C’é chi di noi lo studia per avere tutti i colori necessari per dipingere evoluzione dell’Universo, e chi per vincere una delle più avvincenti sfide per la comprensione intima della materia.
A sei anni dalla sua scoperta, studiare le proprietà del bosone di Higgs é chiaramente ancora una delle più grandi avventure e uno dei più grandi misteri per capire la Natura.
Idee, tante idee, tutte potentissime, tutte facce dello stesso meccanismo.
Si pensa che esista un condensato che permea tutto lo spazio, anche quando questo è vuoto, e che rompe in modo perfettamente bilanciato la simmetria che doveva, nei piani, appartenere alla Natura.
Le particelle fondamentali interagiscono in continuazione con questo condensato,  e in questo modo acquistano massa. Ma possono anche  perturbare  questo campo, e creare una nuova particella, il bosone di Higgs.

An ATLAS candidate event for the Higgs boson (H) decaying to two bottom quarks (b), in association with a W boson decaying to a muon (μ) and a neutrino (ν). (Image: ATLAS/CERN)

Una rivoluzione di idee, iniziata negli anni ’60 e che ieri ha visto posare una pietra miliare importante.
Ieri, 28 Agosto 2018, al CERN di Ginevra, le collaborazioni  ATLAS e CMS hanno annunciato l’osservazione di un nuovo modo di decadimento del bosone di Higgs [1].
Ed ATLAS mette la ciliegina sulla torta con un’ulteriore osservazione: un nuovo modo di produzione del bosone di Higgs. Un modo previsto dalla teoria e mai rivelato  prima.  Dunque ad oggi ATLAS è in grado di osservare  i quattro principali meccanismi di produzione del bosone di Higgs, e cinque modi di decadimento.
L’annuncio di ieri segue quello preliminare fatto da ATLAS a Luglio durante la XXXIX International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2018) a Seul.
Il nuovo decadimento osservato da ATLAS [2,3] e CMS [4]  é il decadimento del bosone di Higgs in coppie di b-quarks.
La grande sfida: un progetto durato più di sei anni per alcuni di noi in ATLAS, decenni per altri che hanno iniziato la ricerca di questo sacro Graal in esperimenti precedenti. Il bosone di Higgs previsto dalla teoria, il Modello Standard, decade in questo modo nel 58% dei casi: il più frequente,  ma mai osservato prima di quest’estate.
Il re spodestato dei decadimenti, nascosto tra una miriade di eventi con b-quarks prodotti da altri meccanismi.
Abbiamo giá discusso un anno fa delle grandi sfide che abbiamo dovuto affrontare per arrivare a questa osservazione [https://web.infn.it/atlas/higgs-di-spade/]. Sfide che hanno visto protagonisti un gruppo di ricercatori da tutto il mondo, con una presenza italiana chiave per l’impresa.
Il nuovo meccanismo di produzione osservato da ATLAS é quello della produzione associata con bosoni vettori. Il nome é un po’ misterioso, va ammesso. I bosoni vettori sono le particelle W e Z, scoperte al CERN negli anni ’80. Anche queste particelle rimbalzano con il misterioso condensato e  lo perturbano creando un bosone di Higgs.
Il fatto che queste particelle interagissero con il condensato e con il bosone di Higgs era giá noto, ma ora sappiamo di avere un nuovo modo per capire la natura del campo di Higgs, con sonde ad energia sempre piú alta. Nessun uomo si era mai spinto a fare misure così in alto: una tela bianca sulla quale dipingere  questo imponente scenario.
Qual’è ora la sfida per i prossimi anni?
La fisica ad LHC continua,  grandi sorprese possono ancora esserci con i dati che stiamo raccogliendo, e iniziamo ad avere sempre più strumenti per poter indagare le parti più intime della Natura.

Paolo Francavilla By


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