Gli scienziati della Rutgers University–New Brunswick e altrove sono a un bivio nella loro ricerca di 50 anni per andare oltre il modello standard in fisica.

Rutgers Today ha chiesto ai professori Sunil Somalwar e Scott Thomas del Dipartimento di Fisica e Astronomia della Scuola delle Arti e delle Scienze di discutere i misteri dell'universo. La ricerca di Somalwar si concentra sulla fisica sperimentale delle particelle elementari, o fisica delle alte energie, che consiste nel frantumare le particelle insieme in grandi acceleratori di particelle come quello del CERN in Svizzera. La ricerca di Thomas si concentra sulla fisica teorica delle particelle.

Il duo, che collaborano agli esperimenti, e altri fisici di Rutgers, tra cui Yuri Gershtein, hanno contribuito alla storica scoperta del 2012 del bosone di Higgs, una particella subatomica responsabile della struttura di tutta la materia e componente chiave del Modello Standard.

Rutgers Today: che cos'è il modello standard?

Thomas:È una teoria iniziata circa 50 anni fa. Dovrebbe essere chiamata "la teoria più fantasticamente riuscita di ogni cosa" perché è un trionfo dell'intelletto umano. spiega, in una struttura teorica e in grande dettaglio quantitativo, ogni singolo esperimento mai fatto in laboratorio. E nessun esperimento finora è in conflitto con questa teoria. La pietra miliare del Modello Standard sperimentalmente è stata la scoperta del bosone di Higgs. Ha predetto l'esistenza e le interazioni di molte particelle diverse, tutto ciò che è stato trovato. Il problema è che come teorici, siamo vittime del nostro stesso successo. Il modello standard ha così tanto successo che la teoria non indica risposte ad alcune delle domande che abbiamo ancora. Il bosone di Higgs ha risposto a molte domande, ma non otteniamo indizi direttamente da questa struttura teorica su come si potrebbe rispondere alle domande rimanenti, quindi siamo a un bivio in questa ricerca di 50 anni. Abbiamo bisogno di alcuni suggerimenti dagli esperimenti e poi, auspicabilmente, gli spunti saranno sufficienti per dirci la prossima struttura teorica che sta alla base del Modello Standard.

Rutgers Today: quali domande rimangono?

Somalwar:Il Modello Standard dice che materia e antimateria dovrebbero essere quasi uguali. Ma dopo il Big Bang circa 13,8 miliardi di anni fa, la materia ammontava a una parte su 10 miliardi e l'antimateria scese virtualmente a zero. Un grande mistero è quello che è successo a tutta l'antimateria. E perché i neutrini (anch'essi particelle subatomiche) sono così leggeri? La particella del bosone di Higgs è di per sé o esiste uno zoo di Higgs? Ci sono buone ragioni per cui il bosone di Higgs non potrebbe essere solo. Ci deve essere di più nell'immagine.

Rutgers Today: Su cosa ti stai concentrando?

Somalwar:Sto cercando prove di particelle pesanti che potrebbero essere esistite un picosecondo dopo il Big Bang. Queste particelle non esistono più perché degenerano. Sono molto instabili. Potrebbero spiegare perché i neutrini sono così leggeri e perché praticamente tutta l'antimateria è scomparsa ma non tutta la materia è scomparsa. Quello che facciamo si chiama scienza di frontiera – è all'avanguardia della fisica:le distanze più piccole e le energie più alte. Una volta arrivati ​​alla frontiera, occupi gran parte dell'area e inizi a fare ricerche. Ma a un certo punto, le cose sono estratte e hai bisogno di una nuova frontiera. Abbiamo appena iniziato a fare ricerche qui. Non abbiamo abbastanza aree minate e potremmo avere alcune gemme che giacciono lì e altre arriveranno nel prossimo anno o due. Così, è un momento molto eccitante in questo momento perché è come se fossimo arrivati ​​alla corsa all'oro.

Thomas:Sto cercando di capire la fisica alla base del settore di Higgs della teoria del Modello Standard, che deve includere almeno una particella:il bosone di Higgs. Questo settore è molto importante perché determina la dimensione degli atomi e la massa delle particelle elementari. La fisica alla base del settore di Higgs è un ostacolo alla comprensione della fisica su una scala più fondamentale. Esistono altre specie di particelle di Higgs? Quali sono le loro interazioni e quali proprietà hanno? Questo comincerebbe a darci degli indizi e poi forse potremmo ricostruire una teoria su ciò che sta alla base del Modello Standard. La vera motivazione è capire come funziona l'universo al suo livello più fondamentale. Questo è ciò che ci spinge tutti.