Un cannone lineare grande come Manhattan potrebbe rivelare i segreti del bosone di Higgs

Il Large Hadron Collider è una macchina gigantesca, il più grande collisore di particelle mai costruito e nulla oggi può rivaleggiare con le sue capacità energetiche o sulla capacità di studiare le frontiere della fisica, almeno fino al 2035 quando il suo anello di 27 chilometri di circonferenza verrà disattivato. Oggi, per questo, si pensa al futuro, per questo ci sono gruppi in tutto il mondo che competono per garantirsi il sostegno finanziario che li aiuterà a sviluppare le loro idee.

Un nuovo progetto è stato descritto il 13 agosto in un documento pubblicato sul sito di prestampa arXiv. Il progetto è chiamato Compact Linear Collider (o CLIC ), la proposta, che ha il design di un’enorme pistola subatomica su rotaia, sembra essere il progetto più promettente.

Qual è la vera natura del bosone di Higgs? Qual è la sua relazione con il quark top? Possiamo trovare qualche accenno di fisica oltre al modello standard?

CLIC potrebbe essere in grado di rispondere a molte domande sulla vera natura del bosone di Higgs e la sua relazione con il quark top. Possiamo trovare qualche accenno di fisica oltre al modello standard? le risposte implicano la realizzazione di una macchina più lunga di Manhattan.

Il Large Hadron Collider (LHC) fa scontrare tra di esse particelle pesanti conosciute come adroni (da cui il nome Large Hadron Collider). Gli adroni, non sono nulla di eccezionale, sono particelle, protoni e neutroni, che costituiscono i nostri corpi e le cose che ci circondano.

All’interno del gigantesco anello del LHC, gli adroni girano in cerchio, fino a quando non si avvicinano alla velocità della luce per poi collidere tra di loro producendo particelle elementari che vengono analizzate grazie a diversi dispositivi installati lungo il collisore.

Al contrario del LHC il CLIC è progettato per essere molto più semplice, più pulito e più chirurgico. Invece di adroni, CLIC accelererà elettroni e positroni, due particelle leggere e fondamentali. CLIC accelera le particelle in linea retta, per una lunghezza che sarà tra gli 11 e i 50 km, in base al progetto finale.

Inizialmente, la nuova macchina, come prevede il piano attuale, inizierà a funzionare a capacità inferiore nel 2035, proprio quando l’LHC sarà in procinto di esaurire le sue capacità. Il CLIC di prima generazione opererà a soli 380 gigaelectronvolts (GeV), meno di un trentesimo della potenza massima dell’LHC. In effetti, anche la piena potenza operativa di CLIC, attualmente destinata ad arrivare 3 teraelectronvolts (TeV), sarà meno di un terzo di ciò che l’LHC può fare ora.

Come mai si punta su un collettore più avanzato ma meno potente?

Perché CLIC lavorerà in modo più intelligente, non più complicato. Uno dei principali obiettivi scientifici dell’LHC era trovare il bosone di Higgs, la particella a lungo cercata che conferisce ad altre particelle la loro massa. Negli anni ’80 e ’90. Quando fu progettato l’LHC, non eravamo sicuri che il bosone di l’Higgs esistesse realmente e non avevamo idea di quale fosse la sua massa e quali fossero le sue proprietà. Quindi abbiamo dovuto costruire uno strumento di uso generale in grado di indagare su molti tipi di interazioni che potrebbero potenzialmente rivelare un bosone di Higgs che alla fine abbiamo trovato.

Ora sappiamo che il bosone di Higgs è reale, cosi si possono sintonizzare i collisori su una serie molto più ristretta di interazioni. Nel fare ciò, si produrranno quanti più bosoni di Higgs possibile, per raccogliere una notevole mole di dati interessanti che ci consentiranno di imparare molto di più su questa particella misteriosa, ma fondamentale.

Esiste un processo della fisica delle particelle noto come bremsstrahlung, che è un tipo unico di radiazione prodotta da un gruppo di particelle calde stipate in una piccola zona. Per analogia, quando si fanno collidere degli elettroni ad alte energie, questi si distruggono a vicenda in una pioggia di energia e nuove particelle, tra cui un bosone Z accoppiato con un Higgs, da qui il processo “Higgsstrahlung”.
A 380 Gev, il CLIC produrrà montagne di Higgsstrahlung.

Aleksander Filip Zarnecki, fisico dell’Università di Varsavia, in Polonia, e membro della collaborazione CLIC, ha spiegato lo stato attuale del progetto, basato su sofisticate simulazioni dei rivelatori e delle collisioni di particelle.
La speranza con CLIC è che producendo il maggior numero possibile di bosoni di Higgs in un ambiente pulito e facile da studiare, si possa imparare di più sulla particella.

C’è più di un Higgs? Interagiscono tra di essi? Con quale forza gli Higgs interagiscono con tutte le altre particelle del Modello standard, la teoria fondamentale della fisica subatomica?

La stessa filosofia verrà applicata al quark top, il meno conosciuto e il più raro dei quark che è stato l’ultimo quark a essere scoperto e che si palesa raramente nelle interazioni. Anche nelle fasi iniziali, CLIC produrrà circa 1 milione di quark top, fornendo un potere statistico inaudito da quando sono in uso il LHC e altri collisori moderni. Da quel punto, il team dietro CLIC spera di indagare su come decade la particella quark top, cosa che accade molto raramente. Ma con un milione di Quark top, si avra l’occasione di imparare qualcosa.

Ma non è finita, una cosa è arricchire le conoscenze su l’Higgs e il top quark, un’altra è il design intelligente di CLIC che gli consentirà di oltrepassare i confini del Modello Standard. Finora, l’LHC si è impegnato nella sua ricerca di nuove particelle e nuova fisica. Mentre ci restano ancora molti anni per altre sorprese, col passare del tempo, la speranza diminuisce.

Attraverso la sua produzione grezza di innumerevoli bosoni di Higgs e quark top, CLIC potrà cercare suggerimenti sulla nuova fisica. Se c’è qualche particella esotica o interazione che non abbiamo ancora visto, si potrebbe influenzarne sottilmente i comportamenti, i decadimenti e le interazioni di queste due particelle.

CLIC potrà persino produrre la particella responsabile della materia oscura, quella materia misteriosa e invisibile che tanto fa discutere. La struttura non sarà in grado di vedere direttamente la materia oscura, ovviamente (perché è oscura), ma i fisici la potranno individuare dagli eventi delle collisioni.

Con CLIC avremo la possibilità di andare oltre l’LHC ottenendo nuove possibilità di comprendere le particelle conosciute del nostro universo e scoprirne di nuove.

Fonte: https://www.livescience.com Tradotto e adattato da un articolo di Paul Sutter.