![\"The](\"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-content\/uploads\/2019\/02\/2012Higgsplot.png\")
I fisici analizzarono con entusiasmo i dati non appena arrivarono. Nell’estate del 2011, si \u00e8 notato un piccolo eccesso nel decadimento di Higgs in due bosoni W per una massa intorno a 140 GeV. Le cose si fecero pi\u00f9 interessanti visto che un eccesso di massa simile veniva visto anche nel canale in due fotoni. Tuttavia, all’aumentare del set di dati, la dimensione di questo eccesso \u00e8 prima aumentata e quindi diminuita. <\/p>\n\n\n\n
Entro la fine del 2011, ATLAS aveva raccolto e analizzato 5 fb\u02c9\u00b9 di dati con un’energia di centro di massa di 7 TeV. Dopo aver unito tutti i canali, \u00e8 stato scoperto che il bosone di Higgs del Modello Standard poteva essere escluso per tutte le masse tranne un piccolo intervallo attorno a 125 GeV, dove si osservava un eccesso con un valore di circa 3\u03c3, in gran parte guidato dai canali di decadimento in due fotoni e in quattro leptoni. I risultati sono stati mostrati in occasione di un seminario speciale al CERN il 13 dicembre 2011. Sebbene nessuno degli esperimenti abbia avuto risultati sufficientemente solidi da condurre a un\u2019osservazione, ci\u00f2 che \u00e8 stato particolarmente significativo \u00e8 stato il fatto che sia ATLAS che CMS avessero un eccesso alla stessa massa. <\/p>\n\n\n\n
Nel 2012, l’energia dell’LHC \u00e8 stata aumentata da 7 a 8 TeV, il che ha aumentato le sezioni d\u2019urto per la produzione di bosoni di Higgs. I dati sono arrivati \u200b\u200bvelocemente: entro l’estate del 2012, ATLAS aveva raccolto 5 fb\u02c9\u00b9 a 8 TeV, raddoppiando il set di dati. Appena i dati sono arrivati, \u00e8 stato analizzato e il valore di quella piccola protuberanza intorno a 125 GeV \u00e8 ulteriormente aumentato. Le voci stavano girando al CERN quando un seminario congiunto tra ATLAS e CMS fu annunciato per il 4 luglio 2012. I posti al seminario erano cos\u00ec ricercati che solo le persone che si accodarono per tutta la notte riuscirono ad entrare nella stanza. Ad aumentare ulteriormente l\u2019entusiasmo c\u2019era la presenza di Fran\u00e7ois Englert e Peter Higgs al seminario.<\/p>\n\n\n\n
Al famoso seminario, i portavoce delle Collaborazioni ATLAS e CMS hanno mostrato i loro risultati in successione, entrambi riscontravano un eccesso di circa 5\u03c3 a una massa di 125 GeV. Per concludere la sessione, il direttore generale del CERN Rolf Heuer ha dichiarato: “Penso che ce l’abbiamo fatta”. <\/p>\n\n\n\n
La Collaborazione ATLAS ha celebrato la scoperta con champagne e dando a ciascun membro della collaborazione una maglietta con le figure famose. Per inciso, solo una volta che sono state stampate si \u00e8 scoperto che c’era un errore di battitura nella figura. Non importa, queste magliette diventeranno oggetti da collezione. <\/p>\n\n\n\n
Poche settimane dopo, ATLAS e CMS hanno pubblicato i risultati in Physics Letters B. Il documento ATLAS intitolato “Osservazione di una nuova particella nella ricerca del modello standard del Bosone di Higgs con il rilevatore ATLAS al LHC\u201d. \u00c8 stato assegnato Il premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e Fran\u00e7ois Englert nel 2013. <\/p>\n\n\n\n Dopo la scoperta, abbiamo iniziato a studiare le propriet\u00e0 della particella appena scoperta per capire se si trattasse del bosone di Higgs del Modello Standard o di qualcos\u2019altro. Infatti, inizialmente lo chiamavamo un bosone simile a quello di Higgs perch\u00e9 non volevamo affermare che fosse il bosone di Higgs finch\u00e9 non ne fossimo stati certi. La massa, il parametro finale sconosciuto nel Modello Standard, \u00e8 stato uno dei primi parametri misurati ed era approssimativamente 125 GeV (all\u2019incirca 130 volte pi\u00f9 grande della massa del protone). \u00c8 risultato che siamo stati molto fortunati- questa \u00e8 la massa per la quale \u00e8 disponibile il maggior numero di canali di decadimento.<\/p>\n\n\n\n Nel Modello Standard, il bosone di Higgs \u00e8 unico: ha zero spin, nessuna carica elettrica e nessuna interazione forte. Lo spin e la parit\u00e0 sono state misurate attraverso le correlazioni angolari tra le particelle in cui si decompone. Queste propriet\u00e0 sono risultate in accordo con le previsioni. A questo punto abbiamo iniziato a chiamarlo \u201cbosone di Higgs\u201d. Certamente, rimane ancora da vedere se sia l\u2019unico bosone di Higgs oppure uno dei tanti, come predetto ad esempio dalla supersimmetria. <\/p>\n\n\n\n La scoperta del bosone di Higgs si basa sulle misure del suo decadimento in bosoni vettoriali. Nel Modello Standard, accoppiamenti diversi caratterizzano le sue interazioni con fermioni e con bosoni, quindi la nuova fisica potrebbe avere un impatto diverso su di loro. Pertanto \u00e8 importante misurarli entrambi. La prima sonda diretta degli accoppiamenti fermionici era il decadimento in particelle tau, che \u00e8 stato osservato nella combinazione dei risultati ATLAS e CMS eseguitia alla fine del Run 1. Durante il Run 2, l\u2019aumento dell\u2019energia del centro di massa a 13 TeV e il set di dati pi\u00f9 ampio consentiva di sondare altri canali. Nel corso dell\u2019ultimo anno, \u00e8 stata ottenuta la prova della decomposizione di Higgs in quark bottom ed \u00e8 stata osservata la produzione del bosone di Higgs insieme ai quark top. Questo significa che l\u2019interazione del bosone di Higgs con i fermioni \u00e8 stata chiaramente stabilita.<\/p>\n\n\n\n Forse uno dei modi pi\u00f9 accurati per riassumere ci\u00f2 che sappiamo al momento sull\u2019interazione del bosone di Higgs con le altre particelle del Modello Standard \u00e8 confrontare la forza di interazione del bosone di Higgs con la massa di ciascuna particella, come mostrato nella figura 4. Questo mostra chiaramente che la forza di interazione dipende dalla massa della particella: pi\u00f9 pesante \u00e8 la particella, pi\u00f9 forte \u00e8 la sua interazione con il campo di Higgs. Questa \u00e8 una delle principali previsioni del meccanismo BEH nel Modello Standard.<\/p>\n\n\n\n Non eseguiamo test solo per verificare che le propriet\u00e0 del bosone di Higgs siano in linea con quelle previste dal Modello Standard, bens\u00ec cerchiamo specificatamente propriet\u00e0 che forniscano prove di nuova fisica. Ad esempio, vincolando la velocit\u00e0 con cui il bosone di Higgs decade in combinazioni di particelle invisibili o non osservate, si forniscono limiti stringenti sull\u2019esistenza di nuove particelle con masse inferiori a quella del bosone di Higgs. Cerchiamo anche i decadimenti in combinazioni di particelle proibite nel Modello Standard. Finora, nessuna di queste ricerche ha trovato nulla di inaspettato, ma questo non significa che smetteremo di cercare ovunque anche in futuro.<\/p>\n\n\n\n Il 2018 \u00e8 l\u2019ultimo anno in cui ATLAS raccoglier\u00e0 dati nel Run 2 di LHC. Durante questo Run, le collisioni protone-protone a 13 TeV hanno prodotto un numero approssimativamente 30 volte maggiore di bosoni di Higgs di quelle usate nel 2012 per la scoperta del bosone di Higgs. Come conseguenza, sono stati ottenuti sempre pi\u00f9 risultati per studiare il bosone di Higgs con maggiori dettagli.<\/p>\n\n\n\n Nei prossimi anni, l\u2019analisi dell’ampio set di dati del Run 2 non sar\u00e0 soltanto un\u2019opportunit\u00e0 per raggiungere un nuovo livello di precisione sulle misurazioni precedenti, ma anche per studiare nuovi metodi per saggiare le previsioni del Modello Standard e per testare la presenza di nuova fisica nel modo pi\u00f9 indipendente possibile dal Modello. Questo nuovo livello di precisione far\u00e0 affidamento su una comprensione pi\u00f9 profonda delle prestazioni del rilevatore, cos\u00ec come delle simulazioni e degli algoritmi usati per identificare le particelle che ci passano attraverso. Esso inoltre rappresenta nuove sfide per i teorici che dovranno tenersi al passo con il perfezionamento della precisione sperimentale.<\/p>\n\n\n\n A lungo termine, un altro grande passo nelle prestazioni sar\u00e0 portato dall\u2019Alta-Luminosit\u00e0 (High-Luminosity) LHC (HL-LHC), la cui entrata in funzione \u00e8 pianificata per il 2024. Il HL-LHC aumenter\u00e0 il numero di collisioni di un altro fattore 10. Questa aprir\u00e0, tra le varie misure, la possibilit\u00e0 di investigare una vera propriet\u00e0 peculiare del bosone di Higgs: esso si accoppia a se stesso. Eventi prodotti tramite questo accoppiamento mostrano due bosoni di Higgs nello stato finale, ma sono estremamente rari. Pertanto, essi possono essere studiati solo con un grande numero di collisioni e usando sofisticate tecniche di analisi. Per complementare l\u2019accresciuta prestazione di LHC, i rilevatori di ATLAS e CMS dovranno subire aggiornamenti completi negli anni prima di HL-LHC.<\/p>\n\n\n\n Da un punto di vista pi\u00f9 generale, la scoperta del bosone di Higgs ad una massa di 125 GeV pone una nuova base su cui costruire la fisica delle particelle. Nel campo rimangono molte domande, la maggior parte delle quali ha qualche relazione col settore di Higgs. Per esempio:<\/p>\n\n\n\n \u2022 Una teoria popolare oltre il Modello Standard \u00e8 \u201cla supersimmetria\u201d, la quale presenta qualit\u00e0 per la risoluzione di problemi correnti, come la natura della materia oscura. La versione minimale della supersimmetria prevede che la massa del bosone di Higgs sia minore di 120-130GeV e dipende da altri parametri. \u00c8 una coincidenza che il valore osservato stia esattamente a questo valore critico, ancora marginalmente compatibile con questo modello di supersimmetria?<\/p>\n\n\n\n \u2022 Recentemente sono stati proposti svariati modelli in cui l\u2019unico collegamento tra la materia oscura e la materia ordinaria avverrebbe attraverso il bosone di Higgs.<\/p>\n\n\n\n \u2022 La stabilit\u00e0 dell\u2019universo: il valore di 125 GeV \u00e8 pressoch\u00e9 al limite critico tra un universo stabile e meta-stabile. Un sistema meta-stabile possiede un altro stato di riferimento, in cui esso pu\u00f2 decadere ogni volta a causa di un tunneling quantistico. \u00c8 anche questa una coincidenza? <\/p>\n\n\n\n \u2022 La transizione di fase: i dettagli di questa transizione potrebbero avere un ruolo nel processo che conduce il nostro universo ad essere costituito interamente da materia e non contenere per niente l\u2019anti-materia. I calcoli attuali con solo il Modello Standard del bosone di Higgs sono inconsistenti con l\u2019asimmetria tra la materia e l\u2019antimateria osservata. \u00c8 questa una individuazione di una nuova fisica o solo l\u2019effetto di calcoli incompleti?<\/p>\n\n\n\n \u2022 Le masse dei fermioni sono tutte collegate al campo del bosone di Higgs? Se si, perch\u00e9 c\u2019\u00e8 una cos\u00ec ampia variet\u00e0 di masse dei fermioni che vanno dalle frazioni di elettron-volt per il misterioso neutrino fino al pi\u00f9 pesante dei quark, con una massa nell\u2019ordine di centinaia di miliardi di elettron-volt?<\/p>\n\n\n\n Da quello che abbiamo imparato fino ad ora, il bosone di Higgs sembra avere un ruolo veramente speciale in natura\u2026 \u00c8 in grado di mostrarci come rispondere a questi ulteriori quesiti?<\/p>\n\n\n\n Heather Gray \u00e8 una fisica sperimentale al Lawrence Berkeley National Lab,USA. \u00c8 un membro dell\u2019esperimento di ATLAS al Large Hadron Collider del CERN al quale ha contribuito in svariati modi, inclusa la misurazione dell\u2019interazione del bosone di Higgs con i quarks. <\/p>\n\n\n\n Bruno Mansouli\u00e9 \u00e8 uno scienziato al CEA-IRFU,Saclay,Francia. Ha lavorato sia come fisico teorico che sperimentale, ed \u00e8 un membro fondatore di ATLAS dove ha portato a termine, tra l\u2019altro le analisi combinate sul bosone di Higgs e ha guidato il gruppo di lavoro di Higgs.<\/p>\n\n\n\n Entrambi hanno la passione per la comunicazione della fisica delle particelle ai non specialisti.<\/p>\n\n\n\n Articolo tradotto nell’ambito del progetto di Alternanza Scuola Lavoro AS 2018\/19 dagli studenti del Liceo scientifico Louis Pasteur di Roma: <\/em><\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-content\/uploads\/2019\/02\/Higgsto4l.png\")
Figura 3: Una recente distribuzione di eventi Higgs candidati dall’analisi di H in ZZ in 4 leptoni utilizzando 13 dati TeV dell’LHC. L’eccesso di eventi attorno a 125 GeV \u00e8 coerente con le previsioni del modello standard per il bosone di Higgs.
(Immagine: ATLAS Collaboration \/ CERN)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-content\/uploads\/2019\/02\/ATLASCMSRun1Higgs.png\")
Figura 4: L\u2019intensit\u00e0 di interazione e col bosone di Higgs misurata in funzione della massa di particelle diverse nel modello standard. (Immagine: ATLAS e CMS Collaborations\/CERN)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\nCosa abbiamo imparato dalla scoperta<\/h2>\n\n\n\n
Previsioni<\/h2>\n\n\n\n
Gli autori<\/h2>\n\n\n\n