Bosone di Higgs, trovate le prove di un raro decadimento

La scoperta del bosone di Higgs, avvenuta nel 2012 ha portato all'assegnazione del Premio Nobel per la fisica. La scoperta della particella "di Dio" prevista dal Modello Standard delle particelle fin dagli anni '60 è stata una vera e propria rivoluzione

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Il bosone di Higgs, scoperto al Cern di Ginevra alcuni anni fa è sempre meno misterioso. E’ stato osservato un raro decadimento che ci permetterà di conoscere meglio l’universo e la sua genesi a livello quantistico.

La scoperta del bosone di Higgs, avvenuta nel 2012 ha portato all’assegnazione del Premio Nobel per la fisica. La scoperta della particella “di Dio” prevista dal Modello Standard delle particelle fin dagli anni ’60 è stata una vera e propria rivoluzione. Il bosone di Higgs non vive a lungo, decadendo rapidamente in due fotoni (particelle di luce).


La ricerca sul Bosone di Higgs continua e i ricercatori al lavoro sulle macchine ATLAS e CMS installate al Large Hadron Collider del CERN in Svizzera hanno trovato le prove di un raro decadimento del bosone in cui la particella decade in un fotone e due leptoni.

Il leptone è un tipo di particella elementare che può essere carica o neutra. (Elettroni e muoni, un tipo simile di particella subatomica, sono due esempi di leptoni carichi). I ricercator hanno scoperto che il bosone di Higgs può decadere in un fotone e una coppia di elettroni, o in un fotone e una coppia di muoni con carica opposta.

Il modello standard delle particelle permette agli scienziati di prevedere le diverse particelle elementari in cui il bosone di Higgs può decadere, con un decadimento abbastanza “comune” costituito da due fotoni. Inoltre possono anche calcolare la frequenza con cui il bosone di Higgs decade in diverse combinazioni di particelle, ed è particolarmente raro che la particella ipotizzata da Peter Higgs decada in un fotone e due leptoni.

In questo tipo di decadimento il bosone di Higgs si trasforma in un fotone e ciò che gli scienziati chiamano un “fotone virtuale”. Quel “fotone virtuale”, noto anche come “fotone esterno”, si trasforma immediatamente in qualcosa di simile, in questo caso, a due leptoni. Il “fotone virtuale” ha una massa molto piccola diversa da zero, mentre i fotoni sono privi di massa, ha detto a Space.com James Beacham, fisico delle particelle che ha condotto l’esperimento ATLAS all’LHC.

I due leptoni “hanno raggiunto il nostro calorimetro molto vicini l’uno all’altro”, ha aggiunto Beacham. Il calorimetro dell’LHC è uno strumento che cattura le particelle provenienti da una collisione di particelle. Gli scienziati possono individuare e studiare queste particelle quando vengono fermate o “catturate” dallo strumento.

Questo tipo di decadimento era stato predetto per il bosone di Higgs e la sua osservazione, secondo Bescham è “il primo indizi di questa modalità di decadimento molto rara”.

Tuttavia, ha aggiunto, il team probabilmente non sarà in grado di osservare direttamente il raro decadimento fino a quando non aggiornerà le strutture del prossimo programma LHC ad alta luminosità che arriverà dopo la corsa LHC 3.

Sono stati raccolti i dati utilizzati per questo studio durante la corsa 2, il secondo periodo di funzionamento per LHC iniziato nel 2015 e terminato nel 2018. La corsa 3 inizierà a marzo 2022.

“Con grandi quantità di dati attesi dal programma LHC ad alta luminosità, lo studio dei rari decadimenti del bosone di Higgs diventerà la nuova norma”, secondo una dichiarazione del gruppo di ATLAS.

Bosone di Higgs, verso una nuova fisica

Studiando questo tipo di decadimenti rari, i ricercatori possono esplorare la possibilità di una nuova fisica che vada oltre il modello standard. Il modello standard delle particelle spiega molte cose del nostro universo fisico, ma non spiega la gravità o la materia oscura, ha aggiunto Beacham.

Si è portati a pensare che la materia oscura, che non interagisce con i fotoni e non può essere quindi osservata direttamente, costituisca circa l’80% di tutta la materia presente nell’universo conosciuto, ma gli scienziati non sanno ancora esattamente da quali particelle sia composta..

“Siamo sempre alla ricerca di estensioni per il modello standard”, ha aggiunto Beacham. “Dobbiamo trovare una finestra o un portale dal nostro mondo in questo mondo del settore oscuro e giocare sperimentalmente. E uno di questi potrebbe essere il bosone di Higgs”.

Beacham ha spiegato che il “settore oscuro” comprende la fisica che si estende oltre il Modello Standard delle particelle elementari.

Ora, non dobbiamo volare troppo con la fantasia. Il nuovo studio “non ci fornisce ancora nuove informazioni sul portale di Higgs nel ‘settore oscuro'”, ha detto Beacham. Ma “questo documento dimostra che possiamo cercare cose molto rare come questa, abbastanza facilmente”, il che spinge ci dice almeno che la ricerca sta andando nella giusta direzione..

Questo lavoro è stato presentato a un seminario pubblico LHC al CERN il 1 febbraio e puoi vederlo sul sito web del CERN. Il documento pubblicato dal CERN è una nota CONF, che è un risultato preliminare di ATLAS.