Questa immagine funky mostra il Compact Muon Solenoid (CMS), un rivelatore generico al Large Hadron Collider (LHC) che è stato coinvolto nella scoperta di Higgs nel 2012. Dean Mouhtaropoulos/Getty Images Curiosità:quando i fisici hanno fatto la storica scoperta del bosone di Higgs nel 2012 utilizzando l'acceleratore di particelle più potente del mondo, non l'hanno fatto direttamente rilevare la particella sfuggente. Anziché, si sono diretti verso l'impronta digitale del vecchio Higgsy, un'impronta digitale composta da altre particelle. Ora, i fisici che analizzano la gran quantità di dati raccolti dalle prime due prove sperimentali del Large Hadron Collider (LHC) hanno scoperto un altro Impronta di Higgs. Ed è diverso dalla scoperta del 2012 ma, possibilmente, più profondo.
Prima di entrare nelle impronte delle particelle, rivisitiamo ciò che i fisici cercano nei rivelatori delle dimensioni di un edificio situati intorno all'anello di magneti superconduttori di 27 chilometri di LHC. LHC accelera miliardi di particelle cariche (come i protoni) per avvicinarsi alla velocità della luce e, attraverso l'utilizzo di campi magnetici estremamente precisi, l'acceleratore fa scontrare questi fasci di particelle con altri fasci di particelle che vengono accelerati nella direzione opposta. Il conseguente scontro frontale tra particelle produce un'energia intensa, il tipo di energia che l'universo non vedeva dal Big Bang, circa 13,8 miliardi di anni fa. Queste collisioni di particelle replicano le condizioni del Big Bang, solo su scala infinitamente miniaturizzata.
Sulla scia di questi miliardi di mini big bang, l'energia estremamente concentrata si condensa in nuove particelle che non esistono regolarmente in natura, come il bosone di Higgs, una particella teorizzata negli anni '60 da Peter Higgs e François Englert.
La particella di Higgs è un bosone di gauge, o l'intermediario tra il campo di Higgs e la materia. Si pensa che il campo di Higgs sia onnipresente in tutto l'universo. Quel campo dà alla materia la sua massa, e il bosone di Higgs era il "pezzo mancante" del Modello Standard della fisica delle particelle, un libro di ricette su come dovrebbe funzionare tutta la materia dell'universo. Non sorprendente, poi, che la sua scoperta ha portato il Premio Nobel per la Fisica 2013 a Higgs ed Englert.
Come abbiamo già sottolineato, l'LHC non può rilevare direttamente il bosone di Higgs. Questa particella instabile decade troppo velocemente per essere vista anche dal rivelatore più avanzato. Quando decade, crea prodotti di decadimento – fondamentalmente particelle subatomiche regolari che non decadono così velocemente. È come un razzo pirotecnico con una miccia molto corta; si vede il fuoco d'artificio (bosone di Higgs) solo quando esplode (particelle di decadimento regolare).
I fisici hanno fatto la loro scoperta del 2012 per gentile concessione degli esperimenti CMS e ATLAS all'LHC, che ha scoperto un "eccesso" di fotoni che emerge dal rumore delle collisioni di particelle. E non erano fotoni qualsiasi. Questi fotoni indicavano l'esistenza di una particella con una massa di circa 125 GeV (che è circa 133 volte la massa di un protone) – un processo di decadimento teorizzato che prevede che un bosone di Higgs si scomponga in una coppia di fotoni. Ma i fisici pensavano che il bosone di Higgs potesse avere altri modi per decadere (chiamati "canali di decadimento"), e ora i fisici hanno rilevato il canale di decadimento preferito di Higgs, quando si trasforma in un quark bottom (il secondo più pesante di sei tipi di quark) e il suo fratello di antimateria, un quark anti-bottom.
Questa è una grande novità. Si ipotizza che il bosone di Higgs decada in coppie di quark bottom quasi il 60% delle volte. In confronto, si prevede che l'Higgs decada in coppie di fotoni solo il 30 percento delle volte. E abbiamo detto che è davvero difficile rilevare l'impronta digitale del decadimento del quark bottom di Higgs? Così difficile che ci sono voluti sei anni per farlo.
"Trovare un solo evento che assomigli a due quark bottom originati da un bosone di Higgs non è sufficiente, " ha detto lo scienziato Chris Palmer, dell'Università di Princeton, in una dichiarazione. "Avevamo bisogno di analizzare centinaia di migliaia di eventi prima di poter illuminare questo processo, che sta accadendo in cima a una montagna di eventi di fondo dall'aspetto simile."
Ora i fisici l'hanno fatto, e studiando il processo di decadimento più favorevole di Higgs, possono usarlo come strumento per investigare la fisica oltre il Modello Standard.
Ora è interessante"Fisica oltre il modello standard" significa semplicemente "fisica che non conosciamo ancora". Spesso etichettato come "fisica esotica" o "nuova fisica, " questo eccitante regno si spinge oltre i confini della fisica conosciuta. Si pensa spesso che la particella di Higgs sia un portale per una nuova fisica.
