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Il bosone di Higgs ha a che fare con l’asimmetria materia-antimateria?

Diversi esperimenti, tra cui il BaBar dello SLAC National Accelerator Laboratory, hanno tentato di spiegare alcuni concetti che riguardano il bilancio tra la materia e l’antimateria presente nell’Universo. Oggi, un teorico dello SLAC assieme ai suoi colleghi hanno sviluppato un metodo per verificare se il bosone di Higgs a che fare, o meno, con l’asimmetria barionica.

In un articolo apparso su Physical Review D, gli scienziati suggeriscono di studiare un particolare decadimento della particella di Higgs quando LHC entrerà nuovamente in funzione nella primavera del 2015. I dettagli di quel decadimento potrebbero fornire preziosi indizi sul fatto che Higgs possa essere coinvolto, o meno, nel problema dell’asimmetria materia-antimateria. “E’ tempo di pianificare una strategia di ricerca non appena LHC entrerà in funzione”, afferma Matt Dolan, un ricercatore dello SLAC’s Particle Theory group e autore principale dell’articolo. Il perché esista più materia rispetto all’antimateria rappresenta uno dei problemi più grossi che confonde attualmente i fisici delle particelle e i cosmologi. Subito dopo il Big Bang, quando lo spazio, man mano che andava raffreddandosi, raggiunse una temperatura tale da formare i primi atomi, la maggior parte delle coppie particella-antiparticella annichilavano quasi istantaneamente . Qualcosa favorì la materia, altrimenti pianeti, stelle, galassie e la stessa vita non esisterebbero. La recente scoperta del bosone di Higgs (post) è direttamente legata alle problematiche che riguardano la massa e la materia. Dunque, domandarsi se la particella di Higgs sia coinvolta nell’enigma dell’asimmetria barionica è alquanto ragionevole. L’articolo di Dolan e colleghi si basa su un fenomeno chiamato violazione della simmetria CP (carica-parità), lo stesso fenomeno investigato dall’esperimento BaBar. La violazione CP significa che la natura tratta una particella e la sua antiparticella in maniera diversa. “La ricerca della violazione CP all’LHC è intrigante”, dice Dolan. “Abbiamo appena cominciato a studiare le proprietà della particella di Higgs e gli esperimenti devono essere concepiti in maniera molto dettagliata in modo da comprendere se Higgs si comporta in maniera differente in condizioni diverse”. Intanto, i fisici devono ancora confermare se il bosone di Higgs si inquadra completamente nel modello standard, la miglior teoria che descrive le proprietà ed il comportamento delle particelle elementari. Se la particella di Higgs è compatibile con il modello standard allora si parla di CP-regolare mentre nel caso contrario si parla di CP-strana. Un segnale rivelatore del fatto che Higgs sia coinvolto nella violazione CP è dato nel caso in cui essa sia una combinazione delle due.

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In questa illustrazione, due protoni collidono ad alta energia, producendo un bosone di Higgs che istantaneamente decade sotto forma di due tauoni. Il resto dell’energia viene liberato in due getti (coni di colore rosa). Dalla misura dell’angolo tra i due getti si potrebbe capire se la particella di Higgs è, o meno, coinvolta nel fenomeno della violazione CP. Questo esperimento è stato proposto dai ricercatori dello SLAC in un articolo pubblicato su Physical Review D. Credit: SLAC National Accelerator Laboratory

I teorici hanno proposto che i fisici sperimentali dovessero cercare un processo in cui una particella di Higgs decade in due particelle tau, che sono come due specie di cugine più grosse degli elettroni, mentre il resto dell’energia liberatasi dalle collisioni protoni-protoni viene osservata sotto forma di due getti. Qualsiasi combinazione delle violazioni CP-regolare e CP-strana osservata nel decadimento della particella di Higgs viene rivelata dall’angolo che formano i due getti. “Si tratta di realizzare una analisi di alto profilo”, aggiunge Philip Harris, un fisico del CERN e co-autore dell’articolo. “Entro pochi mesi durante i quali avremo raccolto dati a sufficienza, potremo fare delle dichiarazioni sensate sul fatto che Higgs abbia, o meno, a che fare con la violazione CP”.

SLAC: Is the Higgs Boson a Piece of the Matter-Antimatter Puzzle?
arXiv: Constraining CP-violating Higgs Sectors at the LHC using gluon fusion

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