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Il bosone di Higgs è, forse, un ‘impostore esotico’?

Dalla scoperta della particella di Higgs (post) e dal segnale osservato dagli esperimenti CDF e DZero presso il Fermilab, i fisici si stanno ora concentrando sulla misura delle proprietà di questa particella. È importante, dunque, capire se abbiamo a che fare o con una nuova particella o se ce ne sono due o più che contribuiscono ai dati osservati. La risposta del Tevatron potrebbe essere differente rispetto a quella di LHC dato che i meccanismi di produzione e di decadimento delle particelle che si hanno negli esperimenti sono diversi.

Le due figure illustrano i segnali di best-fit μ in due casi. A sinistra: un bosone di tipo gravitone (spin 2 e parità positiva) del modello standard in funzione del bosone di Higgs del modello standard (spin 0, parità positiva). A destra: un bosone pseudoscalare (spin 0, parità negativa) in funzione del bosone di Higgs del modello standard. Credit: CDF/Fermilab.

Secondo il modello standard, il bosone di Higgs ha tutte le proprietà di una sorta di “pezzo pesante del vuoto”, non ha carica elettrica e non ci sono altri tipi di carica per quel tipo di materia. Inoltre, la particella non dovrebbe avere una rotazione intrinseca (spin) e dovrebbe apparire uguale quando viene riflessa in uno specchio. In altre parole, ci aspettiamo che le sue proprietà non nulle siano collegate alla sua massa e al suo modo di interazione con le altre particelle. La domanda è: cosa succede se la particella di Higgs non appartiene al modello standard ma piuttosto si tratta di una specie di “impostore esotico”? Una particella di tipo Higgs potrebbe avere uno spin come l’ipotetico gravitone oppure potrebbe essere uno pseudoscalare, come ad esempio un pione, cioè la sua funzione d’onda potrebbe cambiare segno, da positiva a negativa e viceversa, quando viene riflessa in uno specchio. Di recente, un gruppo di teorici ha suggerito che le collisioni del Tevatron, che producono queste ‘particelle di Higgs impostori’ assieme ai bosoni W o Z, dovrebbero avere delle proprietà misurabili molto diverse da quelle previste dagli eventi per il bosone di Higgs del modello standard. I bosoni di Higgs di natura esotica avrebbero più energia cinetica, in media, rispetto ai loro gemelli del modello standard e anche i rispettivi bosoni vettoriali di rinculo dovrebbero muoversi molto più velocemente. Il gruppo CDF ha adattato le sue sofisticate ricerche per la particella di Higgs del modello standard nei modi WH→lνbb, ZH→llbb e VH→METbb alla ricerca di particelle esotiche, cioè un bosone pseudoscalare (indicato con 0 nella figura) e un bosone di spin-2 di tipo gravitone (indicato con 2+). Si è assunto che le particelle esotiche siano prodotte al posto del bosone di Higgs del modello standard o in sua aggiunta. La figura mostra anche i parametri che descrivono l’intensità del segnale del miglior modello μ scalati all’intensità del segnale associato al bosone di Higgs del modello standard per entrambi i modi 0 e 2+. In nessuna delle ricerche combinate si osserva una evidenza relativa alla presenza di una particella esotica di Higgs e perciò si osserva una consistenza di un bosone di Higgs compatibile con le previsioni del modello standard (post).

Fermilab: Testing the Higgs boson's spin and parity with CDF
Springer: A fast track towards the ‘Higgs’ spin and parity
arXiv: Combination of searches for the Higgs boson using the full CDF data set