C'è stata un'enorme quantità di eccitazione quando il bosone di Higgs è stato individuato per la prima volta nel 2012 - una scoperta che è valsa il Premio Nobel per la fisica nel 2013. La particella ha completato il cosiddetto modello standard, la nostra migliore teoria attuale per comprendere la natura a livello delle particelle.

Ora gli scienziati del Large Hadron Collider (LHC) al Cern pensano di aver visto un'altra particella, rilevato come picco ad una certa energia nei dati, anche se il ritrovamento deve ancora essere confermato. Di nuovo c'è molta eccitazione tra i fisici delle particelle, ma questa volta è misto a un senso di ansia. A differenza della particella di Higgs, che ha confermato la nostra comprensione della realtà fisica, questa nuova particella sembra minacciarlo.

Il nuovo risultato - consistente in un misterioso urto nei dati a 28 GeV (un'unità di energia) - è stato pubblicato come preprint su ArXiv . Non è ancora in una rivista peer-reviewed, ma non è un grosso problema. Le collaborazioni con LHC hanno procedure di revisione interne molto rigide, e possiamo essere certi che gli autori hanno fatto le somme correttamente quando riportano una "significatività della deviazione standard 4.2". Ciò significa che la probabilità di ottenere un picco così grande per caso, creato da un rumore casuale nei dati anziché da una particella reale, è solo dello 0,0013%. È minuscolo:13 su un milione. Quindi sembra che debba essere un evento reale piuttosto che un rumore casuale, ma nessuno sta ancora aprendo lo champagne.

Cosa dicono i dati

Molti esperimenti LHC, che frantumano insieme fasci di protoni (particelle nel nucleo atomico), trovare prove di particelle nuove ed esotiche cercando un insolito accumulo di particelle note, come fotoni (particelle di luce) o elettroni. Questo perché le particelle pesanti e "invisibili" come l'Higgs sono spesso instabili e tendono a sfaldarsi (decadimento) in particelle più leggere che sono più facili da rilevare. Possiamo quindi cercare queste particelle nei dati sperimentali per capire se sono il risultato di un decadimento di particelle più pesanti. LHC ha trovato molte nuove particelle con tali tecniche, e sono tutti inseriti nel modello standard.

La nuova scoperta arriva da un esperimento che coinvolge il rivelatore CMS, che ha registrato un numero di coppie di muoni - particelle ben note e facilmente identificabili che sono simili agli elettroni, ma più pesante. Ha analizzato le loro energie e direzioni e ha chiesto:se questa coppia provenisse dal decadimento di una singola particella genitore, quale sarebbe la massa di quel genitore?

Nella maggior parte dei casi, coppie di muoni provengono da fonti diverse, originate da due eventi diversi piuttosto che dal decadimento di una particella. Se provi a calcolare una massa genitore in questi casi, si diffonderebbe quindi su un'ampia gamma di energie piuttosto che creare un picco stretto specificamente a 28 GeV (o qualche altra energia) nei dati. Ma in questo caso sembra certamente che ci sia un picco. Forse. Puoi guardare la figura e puoi giudicare da solo.

Si tratta di un vero picco o è solo una fluttuazione statistica dovuta alla dispersione casuale dei punti sullo sfondo (curva tratteggiata)? Se è vero, significa che alcune di queste coppie di muoni provenivano effettivamente da una grande particella madre che è decaduta emettendo muoni - e nessuna particella di questo tipo da 28 GeV è mai stata vista prima.

Quindi sembra tutto piuttosto intrigante, ma, la storia ci ha insegnato la cautela. Effetti così significativi sono apparsi in passato, solo per svanire quando vengono presi più dati. L'anomalia Digamma(750) è un esempio recente di una lunga successione di falsi allarmi:"scoperte" spurie dovute a guasti delle apparecchiature, analisi troppo entusiasta o solo sfortuna.

Ciò è in parte dovuto a qualcosa chiamato "effetto guarda altrove":sebbene la probabilità che il rumore casuale produca un picco se si guarda specificamente a un valore di 28 GeV può essere 13 su un milione, tale rumore potrebbe dare un picco da qualche altra parte nella trama, forse a 29GeV o 16GeV. Anche le probabilità che questi siano dovuti al caso sono minime se considerate rispettivamente, ma la somma di queste minuscole probabilità non è così piccola (sebbene ancora piuttosto piccola). Ciò significa che non è impossibile che un picco venga creato da un rumore casuale.

E ci sono alcuni aspetti sconcertanti. Per esempio, l'urto è apparso in una corsa LHC ma non in un'altra, quando l'energia è raddoppiata. Ci si aspetterebbe che qualsiasi nuovo fenomeno diventi più grande quando l'energia è più alta. Può essere che ci siano ragioni per questo, ma al momento è un fatto scomodo.

Nuova realtà fisica?

La teoria è ancora più incongrua. Proprio come i fisici sperimentali delle particelle passano il loro tempo alla ricerca di nuove particelle, i teorici passano il loro tempo a pensare a nuove particelle che avrebbe senso cercare:particelle che riempirebbero i pezzi mancanti del modello standard, o spiegare la materia oscura (un tipo di materia invisibile), o entrambi. Ma nessuno ha suggerito nulla del genere.

Per esempio, i teorici suggeriscono che potremmo trovare una versione più leggera della particella di Higgs. Ma niente del genere non decadrebbe in muoni. Si è parlato anche di un bosone Z leggero o di un fotone pesante, ma interagirebbero con gli elettroni. Ciò significa che probabilmente dovremmo averli già scoperti poiché gli elettroni sono facili da rilevare. La potenziale nuova particella non corrisponde alle proprietà di nessuna di quelle proposte.

Se questa particella esiste davvero, allora non è solo al di fuori del modello standard, ma al di fuori di esso in un modo che nessuno si aspettava. Proprio come la gravità newtoniana lasciò il posto alla relatività generale di Einstein, il modello standard sarà sostituito. Ma il sostituto non sarà nessuno dei candidati favoriti che è già stato proposto per estendere il modello standard:inclusa la supersimmetria, dimensioni extra e teorie della grande unificazione. Questi tutti propongono nuove particelle, ma nessuno con proprietà come quella che potremmo aver appena visto. Dovrà essere qualcosa di così strano che nessuno l'ha ancora suggerito.

Per fortuna l'altro grande esperimento di LHC, ATLANTE, ha dati simili dai loro esperimenti Il team lo sta ancora analizzando, e riferirà a tempo debito. L'esperienza cinica dice che riporteranno un segnale nullo, e questo risultato entrerà a far parte della galleria delle fluttuazioni statistiche. Ma forse, solo forse, vedranno qualcosa. E poi la vita per sperimentalisti e teorici diventerà improvvisamente molto impegnata e molto interessante.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.