Particelle supersimmetriche e Modello Standard

Un gruppo di ricercatori della University of Chicago ha avviato uno studio sui tempi di vita delle particelle supersimmetriche di lunga durata.

La supersimmetria è una teoria proposta per espandere il Modello Standard alla fisica delle particelle. Simile alla tavola periodica degli elementi, il Modello Standard rappresenta oggi la migliore descrizione disponibile riferita alle particelle subatomiche esistenti in natura e alle forze che su di esse agiscono.

I fisici, però, sanno bene che questo modello è incompleto: per esempio, esso non prende in considerazione la gravità o la materia oscura.

Lo scopo della supersimmetria è quello di dare una completezza a questa descrizione, accoppiando ogni particella del Modello Standard con una sua particella supersimmetrica, generando quindi una nuova classe di ipotetiche particelle da rilevare e scoprire.

I fisici della University of Chicago hanno scoperto delle limitazioni che potrebbero avere, qualora esistessero, queste particelle supersimmetriche.

Particelle supersimmetriche e supersimmetria

Uno dei componenti del gruppo di ricerca, Tova Holmes, considera la supersimmetria come la teoria più promettente, oggi disponibile, per risolvere diversi problemi insiti nel Modello Standard.

Il loro lavoro si inserisce in una ricerca più ampia, portata avanti con il Large Hadron Collider (LHC), nel tentativo di proporre una nuova fisica.

Il Large Hadron Collider si trova presso il CERN di Ginevra. Al suo interno, i protoni vengono accelerati fino a una velocità prossima a quella della luce, prima di farli collidere fra di loro.

Queste collisioni protone-protone producono una serie di nuove particelle, dove i ricercatori sperano di trovare una nuova fisica. C’è da considerare però che, nell’ambito delle collisioni fra particelle, gli eventi connessi a una nuova fisica non solo sono molto rari, ma anche molto difficili da identificare.

Utilizzando i dati raccolti da ATLAS, uno dei rilevatori di particelle del CERN, il team di Chicago è orientato alla ricerca della produzione di sleptoni, ipotetiche particelle supersimmetriche degli elettroni, dei muoni, e dei leptoni tau.

Nel modello di supersimmetria testato, si teorizza che tali sleptoni abbiano dei tempi di vita abbastanza lunghi, che gli permetterebbero di viaggiare a lungo prima di decadere in particelle rilevabili da ATLAS.

Uno dei modi che impedisce la scoperta di una nuova fisica è se la particella non decade immediatamente dopo che è stata prodotta.

Di solito, i ricercatori non pongono l’opportuna attenzione alle particelle con tempi di vita lunghi, perchè si tende a eliminare tutto ciò che non sembra un decadimento immediato standard.

Ci si aspetta che questi sleptoni decadano nei loro partner leptonici normali. Ma, a differenza dei decadimenti convenzionali, questi leptoni saranno spostati, ovvero non torneranno all’originale punto di collisione protone-protone. I fisici erano proprio alla ricerca di questa caratteristica unica.

Tuttavia, in quattro anni di studio dei dati, i ricercatori della University of Chicago non hanno ancora trovato degli eventi leptonici spostati. Questa situazione ha dunque portato i ricercatori a identificare ciò che essi chiamano un limite, escludendo un intervallo di masse e di tempi di vita che gli sleptoni  a lunga durata potrebbero avere.

Cosa succederebbe se la ricerca non dovesse dare risultati positivi? Secondo gli scienziati, un esito negativo della ricerca sarebbe altrettanto importante, poiché, sapendo che gli sleptoni a lunga durata non hanno determinate masse e determinati tempi di vita, essi potranno orientare diversamente i loro studi.

L’obiettivo dei ricercatori è comunque quello di spingersi verso nuovi confini. Nel prossimo decennio, l’LHC sarà sottoposto al consueto arresto periodico, lasciando un buon margine di tempo per permettere l’aggiornamento dell’hardware di ATLAS.

Un primo aggiornamento dovrà riguardare la revisione del sistema di attivazione, il quale seleziona se gli eventi debbano essere salvati o eliminati. Questo sistema è attualmente ottimizzato per memorizzare i decadimenti da particelle a breve durata, e non quelli da sleptoni a lunga durata, centrali per questa ricerca sulla supersimmetria.

I passi futuri potrebbero comprendere la ricerca dello stesso modello, utilizzando set di dati più consistenti, provenienti dalle prossime attività dell’LHC. Un altro percorso da esplorare, potrebbe essere quello di utilizzare simili tecniche per espandere la ricerca sulle particelle a lunga durata oltre gli stessi sleptoni.

Per adesso, il completamento del Modello Standard rimane un mistero, ma il gruppo di ricerca di Chicago manifesta il proprio orgoglio per essere stato il primo a condurre, nell’ambito di ATLAS, una ricerca su questo modello di supersimmetria.

Scoprire una nuova fisica è come cercare un ago in un pagliaio. Sebbene ancora i dati non abbiano fornito delle particolari evidenze, i ricercatori sono convinti che vi siano delle grandi opportunità per il futuro.