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La ‘nuova’ fisica che non c’è

Nonostante il segnale a 125 GeV, associato al bosone di Higgs, sia apparso ad un livello più significativo nei dati del Run-2, tuttavia alla 38° Conferenza Internazionale della Fisica delle Alte Energie, che si è appena conclusa a Chicago, non è emerso alcun risultato che possa fornire indizi di una ‘nuova’ fisica. Gli scienziati hanno presentato oltre un centinaio di risultati che si riferiscono agli ultimi esperimenti realizzati al Large Hadron Collider (LHC) nel 2015. Tra questi, anche una prima serie di dati ottenuti quest’anno al nuovo livello di energia di 13 TeV. In breve, i fisici che lavorano agli esperimenti ATLAS e CMS escludono il segnale a 750 GeV, considerato una fluttuaziona statistica, mentre non esistono tracce di gluini, ipotetiche particelle previste dalla supersimmetria, fino a 1,9 TeV. Dunque, sembra proprio che il modello standard resista ad ogni tentativo di falsificazione.

Il logo della conferenza ICHEP 2016 (www.ichep2016.org)

L’International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2016) si tiene ogni due anni ed è un punto di riferimento per la comunità scientifica poichè raduna scienziati e ingegneri da tutto il mondo che insieme utilizzano i propri sforzi allo scopo di condurre esperimenti di ultima generazione, creare teorie alternative e sviluppare nuovi modelli. L’obiettivo? Tentare di rispondere a questioni fondamentali che riguardano il contenuto dell’Universo e svelare i principi fondamentali e le leggi fisiche che governano i fenomeni della natura sia su piccola che su larga scala.

Da quello che è emerso durante questi giorni di conferenze americane, le capacità sperimentali del grande collisore adronico hanno permesso ai fisici di raccogliere almeno cinque volte più dati quest’anno rispetto al 2015, un risultato importante se si pensa che è stato ottenuto in appena pochi mesi di operatività. LHC ha superato la sua “luminosità” nominale lo scorso Giugno raggiungendo un picco pari a circa 1 miliardo di collisioni al secondo. Questo parametro supera del 20 percento il precedente per cui anche gli eventi più rari, che avvengono all’energie effettive più elevate, possono accadere. Dunque, LHC sta lavorando ad un regime che va al di là delle attese e il suo obiettivo di 2500 trilioni di collisioni protone-protone che ci si aspetta in tutti gli esperimenti del 2016 pare ora alla sua portata. Anche il Worldwide LHC Computing Grid ha superato il record precedente registrando e analizzando più di 25 PB (petabyte) di dati dall’inizio dell’anno. L’enorme mole di dati prodotti dagli esperimenti condotti presso LHC rende ora possibile realizzare misure più precise dei processi descritti dal modello standard ed effettuare ricerche con un elevato grado di sensibilità, soprattutto per ciò che concerne la produzione diretta di nuove particelle verso le più alte energie che si possono raggiungere. Ad esempio, il segnale a 125 GeV, osservato nel 2012 e identificato come il bosone di Higgs (post), è stato osservato al nuovo livello di energia di 13 TeV e con un maggiore livello di significatività statistica.

Il grafico mostra la distribuzione della massa invariante nel canale dei quattro leptoni relativamente alle misure di H→ZZ→4l effettuate da ATLAS utilizzando tutto l’insieme di dati 2015+2016. Si osserva un eccesso per un valore di massa pari a 125 GeV, associato al bosone di Higgs. Credit: ATLAS Experiment/CERN
I grafici mostrano gli spettri di massa ottenuti nel 2016 da CMS al nuovo livello di energia di 13 TeV sulla ricerca di Higgs utilizzando i canali di decadimento di-fotonico (a sinistra) e a quattro-leptoni (a destra). Il livello di significatività dei segnali osservati attorno a 125 GeV, associato al bosone di Higgs, è maggiore di 5 deviazioni standard in entrambi i canali. Credit: CMS Experiment/CERN

In più, i fisici che lavorano agli esperimenti ATLAS e CMS hanno condotto misure più precise dei processi descritti nel modello standard, in particolare quelli che riguardano le interazioni anomale di particelle con massa più elevata, un test indiretto dell’esistenza di una ‘nuova’ fisica al di là del modello standard. ATLAS e CMS si sono spinti verso regioni più remote per cercare eventuali segni della produzione diretta di altre particelle previste dalla supersimmetria, o da altre teorie esotiche della fisica che sono estensioni del modello standard, ma nessuna, chiara evidenza è emersa dagli esperimenti. In particolare, un segnale misterioso osservato a 750 GeV (post), indizio di una possibile risonanza che decade in coppie fotoniche e che ha causato un particolare interesse nei dati del 2015, non è riapparso nel nuovo insieme di dati e perciò pare si possa considerare una fluttuazione statistica. Anche i fisici che lavorano all’esperimento LHCb hanno presentato diversi risultati decisamente interessanti nell’ambito della fisica dei “sapori”. Un dato particolarmente da notare è la scoperta del modo del decadimento B0àK+K, ossia il decadimento più raro del mesone B che si trasforma in uno stato finale adronico mai osservato, così come studi realizzati con una sensibilità più elevata sulla violazione CP (carica-parità), un fenomeno molto “sottile” della natura che “preferisce” la materia all’antimateria. Tra gli altri esperimenti che hanno presentato i risultati delle collisioni di ioni pesanti, i fisici che lavorano all’esperimento ALICE hanno mostrato i dati che si riferiscono a nuove misure delle proprietà del plasma quark-gluoni, un stato esotico della materia che si ritiene sia esistito qualche milionesimo di secondo subito dopo il Big Bang. Gli esperimenti condotti al rivelatore ALICE permetteranno di studiare nel corso dei prossimi mesi come si modificano le interazioni nucleari in questo particolare stato primordiale della materia. Infine, un risultato interessante emerso da questi esperimenti è la misura della viscosità del plasma quark-gluoni al nuovo livello di energia (13 TeV) che indica un comportamento caratteristico di un liquido ideale, un fenomeno analogo che viene osservato anche nelle collisioni di più bassa energia.

Siamo appena all’inizio di un viaggio”, ha dichiarato Fabiola Gianotti nuovo Direttore Generale del CERN. “La magnifica performance del grande collisore LHC ci permetterà di esplorare molto bene la nuova scala di energia del TeV. Il nostro obiettivo è quello di ottenere un progresso significativo verso la compresione della fisica fondamentale”.

ATLAS: ATLAS observes the Higgs boson with Run 2 data
CMS: Latest results from CMS presented at ICHEP 2016

Intervista a Fabiola Gianotti che espone il suo pensiero sui risultati presentati a ICHEP 2016. Video: Jacques Herve Fichet, Photography: Maximilien Brice/CERN


Intervista a Gian Giudice, CERN Head of Theory Department, che commenta i risultati di LHC presentati a ICHEP 2016. Video: BBC Horizon / Edited by CERN