All'alba degli anni '70, l'idea di un massiccio bosone scalare come chiave di volta di un modello teorico unificato delle interazioni deboli ed elettromagnetiche doveva ancora essere ancorata in un campo che stava ancora imparando a convivere con quello che oggi conosciamo come lo standard modello di fisica delle particelle. Man mano che le varie scoperte del decennio consolidarono gradualmente questo quadro teorico, il campo Brout–Englert–Higgs (BEH) e il suo bosone sono emersi come il modello teorico più promettente per spiegare l'origine della massa.

Negli anni '60 c'erano poche citazioni degli articoli di Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg sulla teoria delle interazioni deboli ed elettromagnetiche unificate. Tutto ciò è cambiato, tuttavia, nel 1971 e nel 1972 quando, a Utrecht, Gerard 't Hooft e Martinus Veltman (un ex membro dello staff del CERN) hanno dimostrato che le teorie di gauge che utilizzano il meccanismo di Brout-Englert-Higgs per generare masse per i bosoni di gauge sono rinormalizzabili, e quindi sono matematicamente coerenti e possono essere usati per fare calcoli affidabili e precisi per le interazioni deboli. Questa svolta è stata ampiamente pubblicizzata in un influente discorso di Benjamin Lee del Fermilab durante la conferenza ICHEP tenutasi lì nel 1972, in cui ha parlato a lungo di "campi di Higgs".

Incoraggiata, in particolare, dai teorici del CERN Jacques Prentki e Bruno Zumino, la collaborazione di Gargamelle ha dato priorità alla ricerca di interazioni deboli di corrente neutra nel fascio di neutrini del CERN e il loro rappresentante Paul Musset ha presentato la prima prova diretta per loro in un seminario al CERN su 19 luglio 1973. Questo primo supporto sperimentale per l'unificazione delle interazioni elettromagnetica e debole ha suscitato grande interesse e attento esame, ma è stato generalmente accettato nel giro di pochi mesi. La scoperta della corrente neutra convinse i fisici che il nascente modello standard era sulla strada giusta. L'ex direttore generale del CERN Luciano Maiani, citato in un articolo del CERN Courier del 2013, la mette in questo modo:"All'inizio del decennio, le persone generalmente non credevano in una teoria standard, anche se la teoria aveva fatto tutto. La corrente neutra i segnali lo hanno cambiato. Da quel momento in poi, la fisica delle particelle ha dovuto testare la teoria standard."

La svolta successiva arrivò nel 1974, quando due gruppi sperimentali che lavoravano negli Stati Uniti, guidati da Sam Ting a Brookhaven e Burt Richter a SLAC, scoprirono una risonanza vettoriale stretta, J/psi, con decadimenti prominenti in coppie leptone-antileptone. Sono state proposte molte interpretazioni teoriche, di cui noi del CERN abbiamo discusso al telefono in concitati seminari di mezzanotte con Fred Gilman allo SLAC (quasi 40 anni prima di Zoom!). L'interpretazione vincente è stata che il J/psi fosse uno stato legato del quark charm e del suo antiquark. L'esistenza di questo quarto quark era stata proposta da James Bjorken e Sheldon Glashow nel 1964, e il suo uso per sopprimere le interazioni deboli neutre che cambiano sapore era stato proposto da Glashow, John Iliopoulos e Maiani nel 1970. Mary K. Gaillard (una lunga scienziato in visita al CERN), Jon Rosner e Lee scrissero un influente articolo sulla fenomenologia del fascino nel 1974 e gli esperimenti gradualmente si allinearono alle loro previsioni, con la conferma finale nel 1976.

L'attenzione della maggior parte delle comunità teoriche e sperimentali è stata quindi attirata verso la ricerca dei massicci bosoni vettoriali W e Z responsabili delle interazioni deboli. Ciò ha motivato la costruzione di collisori di adroni ad alta energia e ha portato alla scoperta dei bosoni W e Z al CERN nel 1983 da un team guidato da Carlo Rubbia.

Tuttavia, a Mary K. Gaillard, Dimitri Nanopoulos e a me al CERN sembrava che la domanda chiave non fosse l'esistenza dei massicci bosoni vettoriali deboli, ma piuttosto quella del bosone scalare di Higgs che consentiva al modello standard di essere fisicamente coerente e matematicamente calcolabile. All'epoca, il numero di articoli sulla fenomenologia del bosone di Higgs poteva essere contato sulle dita di una mano, quindi ci siamo proposti di descriverne il profilo fenomenologico in dettaglio, coprendo un'ampia gamma di possibili masse. Tra i meccanismi di produzione che abbiamo considerato c'era la possibile produzione del bosone di Higgs in associazione con il bosone Z, che ha generato un notevole interesse ai tempi della LEP 2. Tra i modi di decadimento di Higgs che abbiamo calcolato c'era quello in una coppia di fotoni. Questo canale distintivo è particolarmente interessante perché è generato da effetti quantistici (diagrammi ad anello) nel modello standard.

Nonostante la nostra convinzione che qualcosa come il bosone di Higgs dovesse esistere, il nostro articolo si concludeva con una nota cautelativa che era alquanto ironica:"Ci scusiamo con gli sperimentatori per non avere idea di quale sia la massa del bosone di Higgs... e per non essendo sicuri dei suoi accoppiamenti con altre particelle, tranne per il fatto che probabilmente sono tutte molto piccole.Per questi motivi non vogliamo incoraggiare grandi ricerche sperimentali per il bosone di Higgs, ma riteniamo che le persone che eseguono esperimenti vulnerabili al bosone di Higgs dovrebbero sapere come potrebbe venire a galla".

Questa cautela era in parte dovuta al fatto che i fisici senior dell'epoca (Dimitri e io all'epoca avevamo meno di 30 anni) consideravano le idee sulla rottura della simmetria elettrodebole e sul bosone di Higgs con occhi piuttosto itterici. Tuttavia, col passare del tempo, sono state scoperte le massicce W e Z, l'esistenza o meno del bosone di Higgs ha sollevato l'agenda sperimentale e non sono emerse proposte teoriche alternative plausibili all'esistenza di qualcosa come il bosone di Higgs. Gli sperimentatori, prima al LEP e poi al Tevatron e all'LHC, si sono concentrati sempre più sulla ricerca del bosone di Higgs come elemento costitutivo finale del modello standard, culminando con la scoperta il 4 luglio 2012. + Esplora ulteriormente

Interazione del bosone di Higgs con il quark charm