Nella fisica delle particelle, tre delle quattro forze fondamentali conosciute nell'universo, vale a dire elettromagnetico, interazioni deboli e forti, sono descritti da una teoria nota come modello standard (SM). Un'estensione di questo modello è la supersimmetria (SUSY), un costrutto teorico che indica una possibile relazione tra due classi di particelle:bosoni e fermioni.

La teoria SUSY spiega una serie di coincidenze matematiche nel MS ed è una componente fondamentale della teoria delle stringhe, uno dei costrutti più promettenti che fonde il MS con le teorie della gravità. Prevede anche l'esistenza di diverse nuove particelle, nessuno dei quali è stato finora osservato. Ad esempio, suggerisce che ci sono almeno cinque tipi di bosoni di Higgs, piuttosto che solo il tipo che è stato osservato finora.

Mentre SUSY è teoricamente attraente, non ci sono prove che si applichi al mondo reale, e se lo fa, le particelle che prevede erano presumibilmente troppo pesanti per essere osservate in esperimenti precedenti. Negli ultimi anni, i fisici di tutto il mondo hanno cercato di osservarli direttamente per dimostrare la validità della teoria SUSY e comprendere le proprietà di queste nuove particelle.

La Collaborazione ATLAS è un ampio team di ricercatori di più istituti in tutto il mondo che stanno lavorando insieme per analizzare e comprendere meglio le misurazioni registrate dal rivelatore ATLAS al CERN. In un recente articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , i ricercatori hanno presentato i risultati di una ricerca di bosoni di Higgs neutri pesanti basata sull'analisi dei dati raccolti dal rivelatore ATLAS.

"Abbiamo effettuato diverse ricerche per altri bosoni di Higgs, ma questa ricerca è più sensibile allo "spazio dei parametri" di SUSY Higgses rispetto a qualsiasi altra, "William John Murray, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Questo particolare documento non è il primo del suo genere, ma utilizza una quantità di dati quattro volte superiore a quella degli studi precedenti (ad es. tutti i dati che abbiamo), così come metodi migliorati."

Il rivelatore ATLAS è stato progettato per misurare le particelle che emergono dalle collisioni nel Large Hadron Collider (LHC), che è il più grande e potente acceleratore di particelle al mondo oggi. Identifica specificamente gli elettroni e due tipi di particelle che condividono alcune somiglianze con gli elettroni, cioè muoni e taus.

I Tau sono particolarmente difficili da misurare, poiché decadono molto rapidamente. Quando decadono, producono un neutrino invisibile e un elettrone, muone, o più comunemente pioni (cioè, adroni costituiti da quark). La collaborazione ATLAS ha specificamente cercato coppie di taus in decomposizione, concentrandosi sui casi in cui entrambi i taus hanno prodotto pioni o in cui uno ha prodotto un elettrone o un muone e l'altro ha prodotto pioni.

"LHC produce circa un miliardo di collisioni al secondo, essenzialmente tutti i quali producono pioni, quindi il problema che ci siamo proposti di risolvere era quello di distinguere tra pioni provenienti da un decadimento tau e quelli che non lo fanno (denominati "falsi" in questo contesto), " Murray ha detto. "Per fare questo, abbiamo dovuto misurare quante volte abbiamo fatto bene e quante volte abbiamo sbagliato. Il controllo dei "falsi pioni" è uno dei maggiori problemi per la misurazione".

Per studiare le coppie di taus, i ricercatori hanno combinato i loro momenti misurati e hanno stimato quanto pesante dovrebbe essere una data particella per produrre quella specifica coppia di particelle durante il decadimento. Successivamente, hanno costruito un istogramma che rappresenta la massa che hanno stimato e hanno cercato un "bump" nel grafico, poiché ciò suggerirebbe la presenza di una particella del bosone di Higgs che non è mai stata osservata prima.

"C'era una seria possibilità di scoprire un secondo bosone di Higgs e accennare fortemente alla supersimmetria, " Murray ha detto. "Il nostro articolo pone nuovi vincoli alle teorie supersimmetriche. Popper sostiene che le teorie devono essere falsificabili per essere scienza. Eliminando parti dello spazio dei parametri della supersimmetria, riduciamo i possibili modelli sbagliati che i teorici possono proporre, portando così il nostro campo di studio un passo più vicino alla verità."

Sebbene questo studio della collaborazione ATLAS non abbia portato all'osservazione di nuovi bosoni di Higgs pesanti, ha ristretto i parametri entro i quali queste particelle potevano essere rilevate e osservate. Nel futuro, potrebbe quindi orientare nuove ricerche volte ad osservare direttamente queste nuove particelle e confermarne l'esistenza.

"Stiamo ora esplorando teorie alternative 'oltre il modello standard' che prevedono altre firme, Murray ha detto. "Il set di dati LHC molto grande potrebbe permetterci di dare un'occhiata più da vicino a molte altre firme, ognuna delle quali potrebbe rivelarsi contenere qualcosa di nuovo. Molti di questi sono stati rivelati alla conferenza ICHEP di quest'anno, ma finora nessuno ha avuto successo".

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