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15.03.2021 - 16:170

Nuova scoperta al CERN sul bosone di Higgs

Osservato un raro decadimento del bosone di Higgs che getta nuova luce sulla fisica quantistica e la materia oscura

Il bosone di Higgs è una particella fondamentale nel mondo della materia perché è quella che conferisce la massa, motivo per cui è soprannominata “particella di Dio”. Di recente, gli scienziati del CERN di Ginevra hanno rilevato un raro evento di decadimento del bosone di Higgs, pervenendo così a una scoperta che potrebbe accrescere le attuali conoscenze sulla fisica quantistica e, in particolare, sulla misteriosa materia oscura.
La rilevazione del bosone Higgs avvenne per la prima volta nel 2012 grazie agli esperimenti condotti dal Large Hadron Collider (LHC) del CERN, il più grande acceleratore di particelle al mondo. La scoperta valse, nell’ottobre del 2013, il conferimento del Premio Nobel per la fisica a Peter Higgs. Secondo il Modello Standard, il bosone di Higgs ha una vita brevissima e decade molto rapidamente in particelle più piccole, come due fotoni, la materia di cui è composta la luce.
Ora, usando i rivelatori ATLAS e CMS dello stesso LHC, gli scienziati hanno assistito al decadimento del bosone in un fotone e due leptoni, un altro tipo di particella elementare. Nello specifico, i fisici hanno trovato prove che il bosone di Higgs può decadere in un fotone e una coppia di elettroni, o in un fotone e una coppia di muoni con carica opposta. Tale disintegrazione è alquanto rara e può avvenire con tre differenti metodologie, ovvero tramite un bosone Z intermedio, un fotone virtuale, o per irradiazione di un fotone allo stato finale da parte di un leptone.
I ricercatori si sono concentrati in particolare sul decadimento mediato dal fotone virtuale, noto anche come “fotone esterno”, che decade subito in qualcosa di molto simile, in questo caso in due leptoni. «Mentre il fotone è privo di massa, il leptone ha una massa infinitesimale, ma non pari a zero», ha spiegato James Beacham, fisico delle particelle del CERN. «I due leptoni hanno colpito il nostro calorimetro molto vicini l’uno all’altro», dove il calorimetro è uno strumento che blocca le particelle che si formano a causa delle collisioni tra le stesse. Una volta catturate o “assorbite” dal dispositivo, le particelle possono essere rilevate e studiate dagli scienziati.
Ad ogni modo, l’osservazione diretta di questo raro decadimento sarà possibile solo dopo l’aggiornamento delle strutture in vista del nuovo programma LHC ad alta luminosità. Il progredire della tecnologia, quindi, potrebbe far diventare una pratica comune osservare e studiare decadimenti rari del bosone. E ciò, ovviamente, condurrebbe gli scienziati ad esplorare nuove possibilità che vadano oltre i limiti del Modello Standard.
«Le nostre teorie spiegano molte cose del nostro universo fisico, ma non la gravità o la materia oscura», ha aggiunto Beacham. La materia oscura non emette luce e non può essere osservata direttamente. Si ritiene che costituisca circa l’80% di tutta la materia nell’universo conosciuto, ma gli scienziati non sanno ancora bene cosa sia. «Dobbiamo trovare una finestra, o un portale verso questo mondo oscuro, e cercare di interagire con esso con la sperimentazione. E uno di questi mezzi per accedervi potrebbe essere proprio il bosone di Higgs».

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