Il bosone di Higgs ha raggiunto la sua fama in una notte del 2012, quando fu scoperto, tra una miriade di particelle generate dal Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, in Svizzera. L’importanza della scoperta sta nel fatto che il bosone di Higgs, che fino ad allora era stato solo teorizzato, ha la speciale proprietà di fornire massa ad altre particelle elementari. Inoltre, è molto raro ed è estremamente difficile individuarlo tra i residui di una collisione tra particelle.
I fisici del Caltech hanno svolto un ruolo fondamentale nella scoperta del bosone di Higgs, un risultato che si è concretizzato con la partecipazione del fisico teorico Peter Higgs, al Premio Nobel per la fisica del 2013. Ancora oggi, i fisici del Caltech sono impegnati nella ricerca sui rari processi legati al bosone di Higgs.
Questa estate, per la prima volta, i fisici delle particelle, utilizzando i dati raccolti dall’esperimento Compact Muon Solenoid (CMS), effettuato con il LHC, hanno rilevato che il bosone di Higgs decade in una coppia di particelle elementari, i muoni. Il muone è una versione più pesante dell’elettrone, e sia il muone che l’elettrone appartengono a una classe di particelle, i fermioni, così come suggerisce l’ormai consolidato modello delle particelle – il Modello Standard. Il Modello Standard classifica le particelle in due categorie: i fermioni e i bosoni. In genere, i fermioni sono le particelle che costituiscono la materia, mentre i bosoni rappresentano le particelle che trasportano la forza.
Un muone viene detto anche particella di seconda generazione. Le particelle fermioniche di prima generazione, come gli elettroni, sono le particelle più leggere; le particelle di seconda, o di terza, generazione, possono decadere per trasformarsi in particelle di prima generazione. Le nuove scoperte rappresentano la prima evidenza che il bosone di Higgs interagisce con fermioni di seconda generazione.
Inoltre, questo risultato dà un’ulteriore evidenza del fatto che il tasso di decadimento dei bosoni di Higgs in una coppia di fermioni (i muoni), è proporzionale al quadrato della massa dei fermioni. Questa è una previsione fondamentale della teoria di Higgs. Con una maggiore disponibilità di dati, ci si attende che effettivamente gli esperimenti con LHC confermino che i bosoni di Higgs diano alle particelle elementari la loro massa.
L’importanza di queste misure è che si stanno sperimentando dei processi, inerenti i bosoni di Higgs, nell’ambito di una fisica di Higgs di precisione, dove una qualunque difformità dalle previsioni del Modello Standard può condurre verso una nuova fisica.
Il decadimento del bosone di Higgs in due muoni è stato verificato anche attraverso l’analisi dei dati provenienti da un altro strumento dell’LHC, l’ATLAS (un apparato di LHC toroidale).
Per confermare i risultati del Caltech, sono necessari più dati, oltre che metodi di analisi più intelligenti; ma il fatto che, per la prima volta si abbia evidenza del decadimento del bosone di Higgs in due muoni, ha una notevole importanza per i ricercatori. Questo risultato rappresenta una conferma sperimentale, che le previsioni del Modello Standard sulla fisica delle particelle siano corrette.
La scoperta sarà utile agli scienziati per comprendere meglio il meccanismo attraverso il quale il bosone di Higgs conferisce massa ai fermioni. Il bosone di Higgs può essere considerato come l’eccitazione del campo di Higgs. Il campo di Higgs agisce come un liquido molto denso, e quando le particelle lo attraversano, esse acquistano massa; minore è la velocità di attraversamento del campo da parte delle particelle, maggiore sarà la loro massa.
L’obiettivo del gruppo di ricerca del Caltech è quello di comprendere l’origine della massa all’interno dell’universo. Il bosone di Higgs rappresenta un formidabile strumento sperimentale per comprendere questo meccanismo, e può dare spunto anche alla creazione di una nuova fisica. Purtroppo non è possibile osservare il bosone di Higgs, così come altre particelle elementari, se non a seguito delle collisioni fra particelle ad alta energia; ma queste particelle sono i mattoni fondanti del nostro universo.
Il gruppo di ricerca del Caltech ha fornito un rilevante contributo alla nuova scoperta, cercando i bosoni di Higgs prodotti da un particolare meccanismo nel quale, nello stesso momento, vengono generate due particelle, chiamate quark (i quark sono altri tipi di fermioni). Questo processo è di particolare interesse perché i due quark sono distinguibili e permettono di identificare meglio i bosoni di Higgs. Nell’ambito di questo meccanismo, per l’analisi dei dati provenienti dall’LHC, è stato utilizzato uno strumento metodologico avanzato, basato sull’Intelligenza Artificiale, una sorta di rete neurale profonda.
La conferma delle proprietà del bosone d Higgs equivale a cercare una nuova fisica, che gli scienziati sanno di poter trovare.
Fonte: phys.org
