ECCO L'IDENTIKIT PIU' PRECISO DEL BOSONE DI HIGGS

di Giuseppa Guglielmino

 

Novità importanti in ambito scientifico, il Cern di Ginevra ha annunciato che è stato ottenuto l’identikit più preciso del bosone di Higgs e indica la particella grazie alla quale ogni cosa ha una massa. E’ simile a quella prevista dal modello standard della fisica. Tale risultato ha avuto esito positivo grazie ai precedenti dati raccolti negli esperimenti del 2012 che hanno portato alla scoperta della particella Atlas e Cms. Gli esperimenti sono stati condotti nel Large Hadron Collider, l’acceleratore più grande del mondo. Nel maggio scorso la combinazione dei due esperimenti aveva permesso agli scienziati di poter rilevare la misura più precisa della massa del bosone di Higgs. Riferisce il responsabile dell’esperimento Cms, Tiziano Camporesi “Combinare i dati dei due esperimenti permette un altissimo livello di precisione, per raggiungere il quale un unico test avrebbe richiesto almeno altri due anni di lavoro'', ha osservato il direttore generale del Cern, Rolf Heuer. Combinare i dati dei due esperimenti è stato un lavoro enorme, nel quale sono stati analizzati oltre 4.200 parametri” aggiunge inoltre che sembra facile combinare i dati di due esperimenti non è affatto semplice perché ognuno di essi da dati deversi. Ha aggiunto che “Sarà necessario  vedere se l'identikit del bosone di Higgs sarà confermato anche dai nuovi dati raccolti a questa energia più elevata”.

 

 

Cos'è il bosone di Higgs è un bosone elementare, massivo e scalare che gioca un ruolo fondamentale all'interno del Modello standard. Venne teorizzato nel 1964 e rilevato per la prima volta nel 2012 negli esperimenti ATLAS e CMS, condotti con l'acceleratore LHC del CERN. La sua importanza è quella di essere la particella associata al campo di Higgs, che secondo la teoria permea l'universo conferendo la massa alle particelle elementari. Inoltre la sua esistenza garantisce la consistenza del Modello standard, che senza di esso porterebbe a un calcolo di probabilità maggiore di uno per alcuni processi fisici. Risulta opportuno fare una distinzione fra meccanismo di Higgs e bosone di Higgs. Introdotti nel 1964, il meccanismo di Higgs fu teorizzato dal fisico britannico Peter Higgs e indipendentemente da François Englert, Robert Brout (questi due studiosi lavorando su un'idea di Philip Anderson), Gerald Guralnik, C. R. Hagen e Thomas Kibble (tutti questi fisici, rimasti relativamente in ombra rispetto a Peter Higgs, sono stati premiati nel 2010 per il loro contributo), ma solo la pubblicazione di Higgs citava esplicitamente, in una nota finale, la possibile esistenza di un nuovo bosone. Egli aggiunse tale nota dopo che una prima stesura era stata rifiutata dalla rivista Physics Letters, prima di reinviare il lavoro alla Physical Review Letters. Il bosone e il meccanismo di Higgs furono successivamente incorporati nel Modello standard, in una descrizione della forza debole come teoria di gauge, indipendentemente da Steven Weinberg e Abdus Salam nel 1967.Il bosone di Higgs è dotato di massa propria, il cui valore non è previsto dal Modello standard. Misure indirette dalle determinazioni dei parametri elettrodeboli davano indicazioni che i valori più probabili fossero comunque relativamente bassi,[6] in un intervallo accessibile al Large Hadron Collider presso il CERN. Molti modelli supersimmetrici predicevano inoltre che il valore più basso possibile della massa del bosone di Higgs fosse intorno a 120 GeV o meno, mentre la teoria dà un limite massimo di circa 200 GeV (≈3,5 × 10-25 kg).

Ricerche dirette effettuate al LEP avevano permesso di escludere valori inferiori a 114,5 GeV.[7] Al 2002 gli acceleratori di particelle avevano raggiunto energie fino a 115 GeV. Benché un piccolo numero di eventi registrati avrebbero potuto essere interpretati come dovuti ai bosoni di Higgs, le prove a disposizione erano ancora inconcludenti. A partire dal 2001 la ricerca del bosone di Higgs si era spostata negli Stati Uniti, studiando le collisioni registrate all'acceleratore Tevatron presso il Fermilab. I dati lì raccolti avevano consentito di escludere l'esistenza di un bosone di Higgs con massa compresa tra 160 e 170 GeV.
Simulazione Geant4 di un evento in un acceleratore di particelle che dovrebbe generare un bosone di Higgs

Come detto, ci si aspettava che LHC, che dopo una lunga pausa aveva iniziato a raccogliere dati dall'autunno 2009, fosse in grado di confermare l'esistenza di tale bosone.

Il 13 dicembre 2011, in un seminario presso il CERN, veniva illustrata una serie di dati degli esperimenti ATLAS e CMS, coordinati dai fisici italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, che individuavano il bosone di Higgs in un intervallo di energia fra i 124 e 126 GeV con una probabilità prossima al 99%. Benché tale valore fosse sicuramente notevole, la comunità della fisica delle alte energie richiede che, prima di poter annunciare ufficialmente una scoperta, sia raggiunta una probabilità di errore dovuto al caso o valore-p (l'elemento imprevedibile principale è rappresentato in questo caso da fluttuazioni quantistiche) non superiore allo 0,00006% (un valore di 5 in termini di deviazioni standard, indicate anche con la lettera greca sigma). Il 5 aprile 2012, nell'anello che corre con i suoi 27 km sotto la frontiera tra Svizzera e Francia, veniva raggiunta l'energia massima mai toccata di 8 000 miliardi di elettronvolt (8 TeV).Gli ulteriori dati acquisiti permettevano di raggiungere la precisione richiesta, e il 4 luglio 2012, in una conferenza tenuta nell'auditorium del CERN, presente Peter Higgs, i portavoce dei due esperimenti, Fabiola Gianotti per l'esperimento ATLAS e Joseph Incandela per l'esperimento CMS, davano l'annuncio della scoperta di una particella compatibile con il bosone di Higgs, la cui massa risulta intorno ai 126,5 GeV per ATLAS e intorno ai 125,3 GeV per CMS. La scoperta del Bosone di Higgs veniva ufficialmente confermata il 6 marzo 2013, nel corso di una conferenza tenuta dai fisici del CERN a La Thuile. I dati relativi alle sue caratteristiche sono tuttavia ancora incompleti. L'8 ottobre 2013 Peter Higgs e François Englert sono stati insigniti del premio Nobel per la Fisica per la scoperta del Bosone di Higgs.

Dopo due anni di pausa tecnica, nel giugno 2015 LHC ha ripreso gli esperimenti con una energia di 13 TeV, avvicinandosi alla massima prevista di 14 TeV. Oltre a nuove misurazioni relative al completamento delle caratteristiche del bosone di Higgs, molti fisici teorici si aspettano che una nuova fisica emerga oltre il Modello standard a tale scala di energia, a causa di alcune proprietà insoddisfacenti del modello stesso. In particolare i ricercatori sperano di verificare l’esistenza delle particelle più sfuggenti della materia e comprendere la natura della materia oscura e dell’energia oscura, che costituiscono rispettivamente circa il 25% e il 70% della massa-energia dell'universo (l'energia e la materia visibili ne costituiscono solo il 5%).