Finalmente il momento è arrivato: dopo sei anni dalla sua scoperta, è stato possibile osservare il bosone di Higgs decadere in particelle fondamentali chiamate quark bassi (in inglese bottom quark). I risultati sono stati presentati ieri, presso il CERN di Ginevra, dai gruppi di ricerca degli esperimenti ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS (Compact Muon Solenoid) del Large Hadron Collider. I dati sembrano confermare l’ipotesi secondo la quale il campo quantistico dietro al bosone di Higgs conferisca massa al bottom quark.
Finalmente il momento è arrivato: dopo sei anni dalla sua scoperta, è stato possibile osservare il bosone di Higgs decadere in particelle fondamentali chiamate quark bassi (in inglese bottom quark). I risultati sono stati presentati ieri, presso il CERN di Ginevra, dai gruppi di ricerca degli esperimenti ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS (Compact Muon Solenoid) del Large Hadron Collider. I dati sembrano confermare l’ipotesi secondo la quale il campo quantistico dietro al bosone di Higgs conferisca massa al bottom quark.
Un’osservazione importante
Il Modello Standard della fisica delle particelle prevede che per circa il 60% del tempo un bosone di Higgs decadrà in una coppia di quark bassi. Il quark basso è la seconda particella più pesante dei sei tipi, detti anche sapori, di quark (gli altri cinque sono Su, Giù, Strano, Incanto e Alto). Controllare che questa previsione sia corretta è cruciale per la ricerca in questo ambito perché il risultato potrebbe o supportare il Modello Standard – che si basa sull’idea che il campo di Higgs conferisca massa ai quark e ad altre particelle fondamentali – oppure scuoterebbe le sue fondamenta.
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A caccia del decadimento
Osservare il decadimento del bosone di Higgs è, però, un’impresa non semplice perché ci sono numerosi modi per produrre quark bassi a partire da collisioni protone-protone. Questa condizione rende difficile isolare i segnali del decadimento del bosone di Higgs dal rumore di fondo associato ai processi suddetti. Al contrario, i meno comuni canali di decadimento del bosone di Higgs che sono stati osservati quando la particella fu scoperta, come ad esempio il decadimento in coppie di fotoni, sono molto più facili da separare dal rumore di fondo.
L’esperimento
Per estrarre il segnale d’interesse dal rumore di fondo sono stati combinati i dati raccolti dagli esperimenti ATLAS e CMS dalla prima e dalla seconda corsa di LHC, che ha implicato collisioni a energie di 7, 8 e 13 TeV (Teraelettronvolt, 1 TeV corrisponde a mille miliardi di elettronvolt). I ricercatori hanno quindi applicato un complesso metodo di analisi dati. L’esito è stato, per entrambi gli esperimenti coinvolti, il rilevamento del decadimento del bosone di Higgs in una coppia di quark bassi (con un livello di significatività che va oltre le 5 deviazioni standard). Inoltre i due gruppi di ricerca hanno misurato un tasso di decadimento compatibile con le previsioni del Modello Standard.
Inseguendo una nuova fisica
Karl Jacobs, portavoce di ATLAS ha affermato: “Questa osservazione è una pietra miliare nell’esplorazione del bosone di Higgs, Mostra che gli esperimenti ATLAS e CMS hanno raggiunto una profonda comprensione dei dati e un controllo dei background che va oltre le aspettative”. Proseguendo gli esperimenti, gli scienziati potranno migliorare la precisione delle misurazioni effettuate sino a ora e trovare dati che potrebbero permettere di superare il Modello Standard, approdando a una nuova fisica. Eckhard Elsen, Director for Research and Computing al CERN, ha spiegato: “Gli esperimenti continuano a guidarci verso la particella di Higgs, che è spesso considerata la porta verso una nuova fisica. Questi bellissimi e primi risultati danno risalto all’upgrading di LHC che sostanzialmente ha aumentato le statistiche. I metodi di analisi hanno ora mostrato di poter arrivare alla precisione richiesta per l’esplorazione dell’intero panorama della fisica, inclusa – speriamo – una nuova fisica che sinora si è nascosta così sottilmente”.
Si parla ancora del campo di Higgs nell’articolo “La massa: da Newton a Higgs” di Domenico Coiante, che potrete leggere acquistandolo singolarmente o con il numero di Sapere di ottobre 2016.
Immagine di copertina: tunnel di LHC. Credits: Brice, Maximilien; Ordan, Julien Marius – CERN (CERN-PHOTO-201802-030)
