29 Agosto 2018 –
Osservato l’Higgs che produce bellezza
Si tratta di un processo, previsto dal Modello Standard delle particelle, cercato a lungo: ci sono voluti, infatti, sei anni per riuscire a identificare il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di particelle fondamentali, chiamate quark b (da beauty ovvero bellezza). L’osservazione, che è stata presentata ieri, 28 agosto, al CERN dalle collaborazioni scientifiche degli esperimenti ATLAS e CMS all’acceleratore LHC, conferma l'ipotesi secondo cui il campo quantico del bosone di Higgs, che pervade tutto l’universo, si accoppi anche al quark b fornendogli massa.
Il Modello Standard della fisica delle particelle prevede che circa il 60% delle volte il bosone di Higgs decada in una coppia di quark b: trovarne conferma sperimentale era importante per verificare anche questa previsione della nostra teoria. Ma individuare questo canale di decadimento è stato tutt'altro che facile, come dimostrato dal lungo periodo trascorso dalla scoperta del famoso bosone prima di riuscire a mettere a segno anche questo risultato. La ragione della difficoltà risiede nel fatto che ci sono molti altri modi per produrre quark b nelle collisioni tra protoni. Ciò rende difficile isolare il segnale di decadimento del bosone di Higgs dal “rumore di fondo” associato a questi processi. Al contrario, i canali di decadimento del bosone di Higgs meno comuni, che sono stati osservati al momento della scoperta della particella, come il decadimento in una coppia di fotoni, sono molto più facili da identificare ed estrarre dal fondo.
Per isolare in modo definitivo il segnale, le collaborazioni ATLAS e CMS hanno dovuto combinare i dati del primo e del secondo ciclo di attività (run) di LHC, che riguardavano le collisioni alle energie di 7, 8 e 13 TeV. Il risultato, sia per ATLAS sia per CMS, è stato l’osservazione del decadimento del bosone di Higgs in una coppia di quark b con una significatività statistica superiore a 5 deviazioni standard (5 sigma). Inoltre, entrambe le collaborazioni hanno misurato un tasso di decadimento coerente con la previsione del Modello Standard, entro l’attuale precisione della misura.
“Questo risultato ci rende particolarmente orgogliosi – sottolinea Marina Cobal, docente del Dipartimento di Politecnico di ingegneria e architettura dell’Università di Udine e responsabile nazionale INFN della collaborazione ATLAS – perché è stato ottenuto con un contributo davvero fondamentale dai fisici italiani”. “È un’ulteriore conferma del Modello Standard estremamente importante e per niente scontata, viste le difficoltà coinvolte in questa misura, una delle più complesse portate a termine dalla collaborazione ATLAS”. “E con questo nuovo traguardo si apre adesso una nuova fase dello studio dell’Higgs: le misure di precisione delle sue proprietà”, conclude Cobal.
“L’identificazione accurata dei quark b, protagonisti di questi eventi di decadimento del bosone di Higgs, - spiega Roberto Tenchini, responsabile nazionale INFN della collaborazione CMS – è stata possibile grazie anche all’altissimo livello tecnologico raggiunto in LHC dai tracciatori formati da rivelatori al silicio, di cui noi italiani siamo stati pionieri fin dai primi anni ’80.”
L’osservazione del accoppiamento del bosone di Higgs al quark b segue l’analoga osservazione relativa all’accoppiamento con il quark top e con il leptone tau, le particelle che fanno parte della famiglia di fermioni con massa più grande. Con più dati, le collaborazioni miglioreranno la precisione di queste e altre misure e sonderanno il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di fermioni dotati di minor massa, chiamati muoni, sempre alla ricerca di deviazioni nei dati che potrebbero indicare la possibilità dell’esistenza di Nuova Fisica oltre il Modello Standard.
Il Modello Standard della fisica delle particelle prevede che circa il 60% delle volte il bosone di Higgs decada in una coppia di quark b: trovarne conferma sperimentale era importante per verificare anche questa previsione della nostra teoria. Ma individuare questo canale di decadimento è stato tutt'altro che facile, come dimostrato dal lungo periodo trascorso dalla scoperta del famoso bosone prima di riuscire a mettere a segno anche questo risultato. La ragione della difficoltà risiede nel fatto che ci sono molti altri modi per produrre quark b nelle collisioni tra protoni. Ciò rende difficile isolare il segnale di decadimento del bosone di Higgs dal “rumore di fondo” associato a questi processi. Al contrario, i canali di decadimento del bosone di Higgs meno comuni, che sono stati osservati al momento della scoperta della particella, come il decadimento in una coppia di fotoni, sono molto più facili da identificare ed estrarre dal fondo.
Per isolare in modo definitivo il segnale, le collaborazioni ATLAS e CMS hanno dovuto combinare i dati del primo e del secondo ciclo di attività (run) di LHC, che riguardavano le collisioni alle energie di 7, 8 e 13 TeV. Il risultato, sia per ATLAS sia per CMS, è stato l’osservazione del decadimento del bosone di Higgs in una coppia di quark b con una significatività statistica superiore a 5 deviazioni standard (5 sigma). Inoltre, entrambe le collaborazioni hanno misurato un tasso di decadimento coerente con la previsione del Modello Standard, entro l’attuale precisione della misura.
“Questo risultato ci rende particolarmente orgogliosi – sottolinea Marina Cobal, docente del Dipartimento di Politecnico di ingegneria e architettura dell’Università di Udine e responsabile nazionale INFN della collaborazione ATLAS – perché è stato ottenuto con un contributo davvero fondamentale dai fisici italiani”. “È un’ulteriore conferma del Modello Standard estremamente importante e per niente scontata, viste le difficoltà coinvolte in questa misura, una delle più complesse portate a termine dalla collaborazione ATLAS”. “E con questo nuovo traguardo si apre adesso una nuova fase dello studio dell’Higgs: le misure di precisione delle sue proprietà”, conclude Cobal.
“L’identificazione accurata dei quark b, protagonisti di questi eventi di decadimento del bosone di Higgs, - spiega Roberto Tenchini, responsabile nazionale INFN della collaborazione CMS – è stata possibile grazie anche all’altissimo livello tecnologico raggiunto in LHC dai tracciatori formati da rivelatori al silicio, di cui noi italiani siamo stati pionieri fin dai primi anni ’80.”
L’osservazione del accoppiamento del bosone di Higgs al quark b segue l’analoga osservazione relativa all’accoppiamento con il quark top e con il leptone tau, le particelle che fanno parte della famiglia di fermioni con massa più grande. Con più dati, le collaborazioni miglioreranno la precisione di queste e altre misure e sonderanno il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di fermioni dotati di minor massa, chiamati muoni, sempre alla ricerca di deviazioni nei dati che potrebbero indicare la possibilità dell’esistenza di Nuova Fisica oltre il Modello Standard.
