I ricercatori dell’Università di Rochester, in collaborazione con la CMS Collaboration presso il CERN, hanno compiuto notevoli progressi nella misurazione dell’angolo di miscelazione elettrodebole, ampliando la nostra comprensione del Modello Standard della Fisica delle Particelle.
CERN: misura dell’angolo di miscelazione elettrodebole conferma il Modello Standard
Il loro lavoro contribuisce a spiegare le forze fondamentali dell’universo, supportate da esperimenti come quelli condotti al Large Hadron Collider, che esplorano condizioni simili a quelle successive al Big Bang.
Nel tentativo di decifrare i misteri dell’universo, i ricercatori dell’Università di Rochester sono impegnati da decenni in collaborazioni internazionali presso l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, più comunemente nota come CERN.
Sulla base del loro ampio coinvolgimento al CERN, in particolare all’interno della CMS (Compact Muon Solenoid) Collaboration, il team di Rochester, guidato da Arie Bodek, il George E. Pake Professor of Physics, ha recentemente raggiunto un traguardo rivoluzionario. Il loro risultato si è concentrato sulla misurazione dell’angolo di miscelazione elettrodebole, una componente cruciale del Modello Standard della Fisica delle Particelle. Questo modello descrive come interagiscono le particelle e prevede con precisione una pletora di fenomeni in fisica e astronomia.
Bodek ha dichiarato: “Le recenti misurazioni dell’angolo di miscelazione elettrodebole sono state incredibilmente precise, calcolate dalle collisioni di protoni al CERN, e hanno rafforzato la comprensione della fisica delle particelle”.
La CMS Collaboration riunisce membri della comunità di fisica delle particelle da tutto il mondo per comprendere meglio le leggi fondamentali dell’universo. Oltre a Bodek, la coorte di Rochester della CMS Collaboration include i ricercatori principali Regina Demina, professoressa di fisica, e Aran Garcia-Bellido, professore associato di fisica, insieme a ricercatori associati post-dottorato e studenti laureati e universitari.
Un’eredità di scoperte e innovazione al CERN
Situato a Ginevra, in Svizzera, il CERN è il più grande laboratorio di fisica delle particelle al mondo, rinomato per le sue scoperte rivoluzionarie e gli esperimenti all’avanguardia.
I ricercatori di Rochester hanno una lunga storia di lavoro al CERN nell’ambito della collaborazione CMS, tra cui il ruolo chiave svolto nella scoperta del bosone di Higgs nel 2012, una particella elementare che aiuta a spiegare l’origine della massa nell’universo.
Il lavoro della collaborazione include la raccolta e l’analisi dei dati raccolti dal rivelatore Compact Muon Solenoid del Large Hadron Collider (LHC) del CERN, l’acceleratore di particelle più grande e potente al mondo. L’LHC è costituito da un anello di circa 27 km di magneti superconduttori e strutture in accelerazione costruite sottoterra e che attraversano il confine tra Svizzera e Francia.
Lo scopo principale dell’LHC è esplorare i mattoni fondamentali della materia e le forze che li governano. Esso ci riesce accelerando fasci di protoni o ioni a velocità prossime a quella della luce e facendoli scontrare tra loro a energie estremamente elevate. Queste collisioni hanno lo scopo di ricreare le condizioni simili a quelle che esistevano frazioni di secondo dopo il Big Bang, consentendo agli scienziati di studiare il comportamento delle particelle in condizioni estreme.
Nel XIX secolo, gli scienziati hanno scoperto che le diverse forze dell’elettricità e del magnetismo erano collegate: un campo elettrico variabile produce un campo magnetico e viceversa. La scoperta ha costituito la base dell’elettromagnetismo, che descrive la luce come un’onda e spiega molti fenomeni in ottica, oltre a descrivere come interagiscono i campi elettrici e magnetici.
Sulla base di questa comprensione, negli anni ’60 i fisici hanno scoperto che l’elettromagnetismo è collegato a un’altra forza: la forza debole. Essa opera all’interno del nucleo degli atomi ed è responsabile di processi come il decadimento radioattivo e l’alimentazione della produzione di energia del Sole. Questa rivelazione ha portato allo sviluppo della teoria elettrodebole, che postula che l’elettromagnetismo e la forza debole sono in realtà manifestazioni a bassa energia di una forza unificata chiamata interazione elettrodebole unificata. Scoperte chiave, come il bosone di Higgs, hanno confermato questo concetto.
CERN: nuove tecniche per misurare l’angolo di miscelazione elettrodebole al LHC
La CMS Collaboration ha recentemente eseguito una delle misurazioni più precise fino ad oggi relative a questa teoria, analizzando miliardi di collisioni protone-protone presso l’LHC del CERN. Il loro obiettivo era misurare l’angolo di miscelazione debole, un parametro che descrive come l’elettromagnetismo e la forza debole si fondono insieme per creare particelle.
Le precedenti misurazioni dell’angolo di miscelazione elettrodebole hanno scatenato un dibattito all’interno della comunità scientifica. Tuttavia, le ultime scoperte sono strettamente allineate con le previsioni del Modello Standard della Fisica delle Particelle.
Rhys Taus, studente laureato di Rochester, e il ricercatore associato post-dottorato Aleko Khukhunaishvili hanno implementato nuove tecniche per ridurre al minimo le incertezze sistematiche inerenti a questa misurazione, migliorandone la precisione.
Comprendere l’angolo di miscelazione debole ha fatto luce sul modo in cui le diverse forze nell’universo interagiscono tra loro anche alle scale più piccole, approfondendo la comprensione della natura fondamentale della materia e dell’energia.
Bodek ha concluso: “Il team di Rochester ha sviluppato tecniche innovative e misurato questi parametri elettrodeboli dal 2010, per poi implementarli al Large Hadron Collider. Queste nuove tecniche hanno annunciato una nuova era di test di precisione delle previsioni del Modello Standard”.
