Ci sono molte domande aperte sul Modello Standard della fisica delle particelle (SM), che è attualmente la migliore descrizione che abbiamo del mondo della fisica delle particelle. I fisici sperimentali e teorici competono tra loro in una sana competizione per esaminare attentamente il MS e identificarne le parti che richiedono ulteriori spiegazioni, al di là dei ben noti difetti del modello, come le masse dei neutrini.
Gli esperimenti condotti presso l'LHC e in altre strutture del CERN possono rilevare firme specifiche laddove i dati si discostano leggermente dalle previsioni teoriche. È fondamentale continuare a esplorare se tali potenziali deviazioni potrebbero rivelare nuova fisica o essere spiegate dal SM.
Per distinguere il segnale dallo sfondo in un esperimento, i fisici teorici devono calcolare tutti i processi complessi con estrema precisione. Ciò comporta l'esame di dettagli fini, comprese quantità osservabili come il numero di eventi o dettagli cinematici di un processo specifico che potrebbero svelare l'impronta di un fenomeno ancora sconosciuto.
Tali calcoli migliorano, ad esempio, la precisione delle misurazioni della massa del bosone W e del quark top, nonché la costante di accoppiamento forte.
La forza forte e il suo accoppiamento sono i meno conosciuti di tutti nel SM, eppure governano quasi tutti i processi dell'LHC. Inoltre, i calcoli di precisione aiutano a sviluppare nuove tecniche per descrivere i processi di dispersione e come simularli in modo efficiente.
Questi calcoli erano già impegnativi durante l'era LEP, ma l'LHC li ha portati a un nuovo livello, portando a un'esplosione della complessità computazionale e quindi alla necessità di nuovi metodi per calcolare i processi di scattering.
Vari aspetti dei calcoli di precisione sono diventati essenziali per l'analisi dei dati negli esperimenti moderni:ad esempio, sono necessari per il calcolo di ampiezze di scattering complesse che descrivono lo stato finale immediatamente dopo una collisione, come la produzione di tre particelle dopo la collisione di due protoni .
Un esempio importante è la produzione associata del bosone di Higgs, in particolare con due quark top. A causa dei numerosi meccanismi di produzione e stati finali possibili, la nuova fisica può entrare in molti modi diversi. I fisici teorici devono quindi calcolare ciascuna modalità di produzione con elevata precisione.
Il calcolo delle ampiezze di scattering è solo una piccola parte del campo più ampio dei calcoli di precisione. Un altro sono i generatori di eventi Monte Carlo. Questi calcoli mirano a descrivere tutte le fasi del processo di diffusione, dalle poche particelle prodotte nella collisione alle centinaia di particelle osservate nel rivelatore. In ogni fase, la fisica sottostante viene interpretata probabilisticamente e simulata con metodi Monte Carlo, che sono essenziali per le simulazioni che possono essere adottate dagli esperimenti come controllo affidabile sulle incertezze sistematiche nelle loro analisi.
Un esempio cruciale è la fusione del bosone vettore, in cui due quark si disperdono e scambiano un bosone debole che crea, tra le altre particelle, un bosone di Higgs. Calcolare questo processo con un generatore Monte Carlo è un compito molto complesso ma importante, poiché la nuova fisica può potenzialmente nascondersi nei dettagli dello stato finale.
"Qualche decennio fa, questo non era possibile. Ora, la nostra capacità di descrivere i dati con una precisione fino al 5% o migliore mostra la potenza dei calcoli basati sul primo principio e la loro capacità di riflettere con precisione la complessità di un ambiente di collisore di adroni, come come LHC, non vedo l'ora di vedere cosa porterà l'era dell'LHC ad alta luminosità e dei futuri collisori", afferma Pier Monni, fisico teorico del CERN.
Fornito dal CERN
