Il dottorando della Aalto University Juska Pekkanen fa parte di un gruppo che lavora con le più alte energie di collisione mai raggiunte.

Il lavoro presso il centro di ricerca del CERN in Svizzera è diventato ampiamente noto quando la scoperta del bosone di Higgs, vincitrice del premio Nobel 2013, ha completato il modello standard della fisica delle particelle. Cosa fanno ora Pekkanen e migliaia di altri fisici al CERN, è esplorare fenomeni che esulano dall'attuale comprensione del mondo subatomico.

Ad esempio, solo il 15% della massa dell'intero universo può essere rappresentato ora con la normale materia visibile, il resto è materia oscura di cui si ha pochissima conoscenza. Un mistero altrettanto avvolto è l'energia oscura che fa espandere l'universo e allontana i corpi celesti l'uno dall'altro.

"Poiché queste e molte altre domande rimangono ancora senza risposta, dobbiamo cercare di affrontarli e comprendere fenomeni che non hanno spiegazione nella fisica attuale, "dice Pekkanen.

Un modo per farlo, consiste nel far collidere i protoni - i nuclei degli atomi di idrogeno - a velocità ed energie tremendamente elevate, e studiare cosa viene fuori dagli incidenti. Pekkanen e i suoi colleghi si sono concentrati su esplosioni di particelle chiamate "getti" che nascono quando i protoni si scontrano. Questi eventi potrebbero contenere deboli segni di particelle completamente nuove.

Autopsie per milioni di esplosioni di particelle

Lo studio dei getti a livello delle particelle è diventato un campo nascente in fisica, soprannominato da Pekkanen e dai suoi colleghi dell'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) del CERN come "particologia a getto". Registrano le collisioni nel Large Hadron Collider del CERN e ne misurano le conseguenze. Praticamente ogni collisione produce getti, o esplosioni di decine di particelle costituite da quark e gluoni. I ricercatori contano l'energia totale nei getti e misurano come la loro energia viene trasportata da diversi tipi di particelle.

"Stiamo cercando di ottenere una comprensione il più dettagliata possibile dei getti con i milioni di sensori nei nostri 20 metri di lunghezza, Rivelatore da 15mila tonnellate. Più precisi otteniamo con le nostre misurazioni, più diventa facile scoprire nuove particelle, "dice Pekkanen.

Le migliaia di segnali che alcuni dei milioni di sensori raccolgono devono essere smistate con algoritmi complessi. Ricreando gli eventi con simulazioni al computer, i sensori possono essere messi a punto.

I getti potrebbero, secondo Pekkanen, anche essere la chiave per trovare nuove particelle massicce. Si è concentrato su eventi in cui una collisione di particelle produce due getti che esplodono in direzioni opposte.

"Questi eventi potrebbero essere il punto in cui una particella sconosciuta nasce prima e poi decade istantaneamente in altre particelle. Analizziamo miliardi di queste collisioni e vediamo se individuiamo qualche anomalia che potrebbe essere un segno di una nuova particella rivoluzionaria, " spiega Pekkanen.

Lo studio si avvale del più alto livello di energia mai raggiunto nel Large Hadron Collider:13 teraelettronvolt. Per un singolo protone è parecchio, all'incirca l'energia cinetica di una zanzara che vola. Conta tutte le energie dei protoni insieme:abbastanza per far volare un jumbo jet.

Gli esperimenti continueranno:entro la fine del 2022, i fisici si aspettano di raccogliere fino a dieci volte più dati.

"Finora non abbiamo trovato la prossima nuova particella massiccia. Ciò significa che è necessario progettare la prossima generazione di collisori e rivelatori di adroni per raggiungere energie ancora più elevate e, si spera, nuova fisica tanto attesa".