Dall'alto verso il basso, le immagini dei rivelatori ATLAS e CMS. Credito:CERN
Oggi, esattamente dieci anni dopo l'annuncio della scoperta del bosone di Higgs, le collaborazioni internazionali ATLAS e CMS presso il Large Hadron Collider (LHC) riportano i risultati dei loro studi più completi finora sulle proprietà di questa particella unica. Gli studi indipendenti, descritti in due articoli pubblicati oggi su Nature , mostrano che le proprietà della particella sono notevolmente coerenti con quelle del bosone di Higgs previste dal Modello Standard della fisica delle particelle. Gli studi mostrano anche che la particella sta diventando sempre più un potente mezzo per cercare nuovi fenomeni sconosciuti che, se trovati, potrebbero aiutare a far luce su alcuni dei più grandi misteri della fisica, come la natura della misteriosa materia oscura presente nel universo.
Il bosone di Higgs è la manifestazione particellare di un campo quantistico onnipervadente, noto come campo di Higgs, fondamentale per descrivere l'universo come lo conosciamo. Senza questo campo, le particelle elementari come i costituenti quark dei protoni e dei neutroni dei nuclei atomici, così come gli elettroni che circondano i nuclei, non avrebbero massa, e nemmeno le particelle pesanti (bosoni W) che trasportano il debole carico forza, che avvia la reazione nucleare che alimenta il Sole.
Per esplorare il pieno potenziale dei dati LHC per lo studio del bosone di Higgs, comprese le sue interazioni con altre particelle, ATLAS e CMS combinano numerosi processi complementari in cui il bosone di Higgs viene prodotto e "decade" in altre particelle.
Questo è ciò che le collaborazioni hanno fatto nei loro nuovi studi indipendenti, utilizzando i loro set di dati LHC Run 2 completi, che includono ciascuno oltre 10.000 trilioni di collisioni protone-protone e circa 8 milioni di bosoni di Higgs, 30 volte di più rispetto all'epoca del scoperta della particella Ciascuno dei nuovi studi combina un numero e una varietà senza precedenti di processi di produzione e decadimento del bosone di Higgs per ottenere la serie più precisa e dettagliata di misurazioni fino ad oggi delle loro velocità, nonché dei punti di forza delle interazioni del bosone di Higgs con altre particelle.
Tutte le misurazioni sono notevolmente coerenti con le previsioni del modello standard all'interno di un intervallo di incertezze che dipendono, tra gli altri criteri, dall'abbondanza di un determinato processo. Per la forza di interazione del bosone di Higgs con i portatori della forza debole, si ottiene un'incertezza del 6%. A titolo di confronto, analisi simili con i set di dati completi di Run 1 hanno prodotto un'incertezza del 15% per tale forza di interazione.
"Dopo appena dieci anni di esplorazione del bosone di Higgs all'LHC, gli esperimenti ATLAS e CMS hanno fornito una mappa dettagliata delle sue interazioni con i vettori di forza e le particelle di materia", afferma il portavoce di ATLAS Andreas Hoecker. "Il settore di Higgs è direttamente collegato a questioni molto profonde relative all'evoluzione dell'universo primordiale e alla sua stabilità, nonché al sorprendente modello di massa delle particelle di materia. La scoperta del bosone di Higgs ha innescato uno sforzo sperimentale emozionante, profondo e ampio che si estenderà all'intero programma LHC."
"Disegnare un simile ritratto del bosone di Higgs così presto era impensabile prima che l'LHC iniziasse a funzionare", afferma il portavoce del CMS Luca Malgeri. "Le ragioni di questo risultato sono molteplici e comprendono le eccezionali prestazioni dell'LHC e dei rivelatori ATLAS e CMS, e le ingegnose tecniche di analisi dei dati impiegate."
Le nuove analisi di combinazione forniscono anche, tra gli altri nuovi risultati, limiti stringenti sull'interazione del bosone di Higgs con se stesso e anche su nuovi fenomeni sconosciuti al di là del Modello Standard, come il decadimento del bosone di Higgs in particelle invisibili che possono costituire la materia oscura.
ATLAS e CMS continueranno a rivelare la natura del bosone di Higgs utilizzando i dati della Run 3 di LHC, che inizia domani in una nuova frontiera dell'alta energia, e del principale aggiornamento del collisore, l'High-Luminosity LHC (HL-LHC), da 2029. Con circa 18 milioni di bosoni di Higgs previsti per la produzione in ogni esperimento in Run 3 e circa 180 milioni in run di HL-LHC, le collaborazioni prevedono non solo di ridurre significativamente le incertezze di misurazione delle interazioni del bosone di Higgs determinate finora, ma anche osservare alcune delle interazioni del bosone di Higgs con le particelle di materia più leggera e ottenere la prima evidenza significativa dell'interazione del bosone con se stesso. + Esplora ulteriormente
