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I nuovi dati restringono il campo per la ricerca del bosone in uno stretto margine a energie minori del previsto, è quanto rendono pubblico gli italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). L'esistenza del bosone di Higgs, ipotizzato dal fisico britannico Peter Higgs oltre 40 anni fa, rende possibile la massa. In pratica i nuovi dati restringono il campo per la ricerca del bosone a energie minori del previsto si spera di fugare ogni dubbio entro la fine del 2012, quando sarà completata l'analisi degli esperimenti in corso.La famosa particella di Dio, il bosone di Higgs, non è stato trovato. Però sono state trovate tracce del suo passaggio in due importanti esperimenti di fisica nucleare che si stanno svolgendo a Ginevra, al Cern, attorno al Large Hadron Colllider, il più grande acceleratore di particelle oggi esistente.

La conclusione principale è che secondo il Modello Standard il Bosone di Higgs, se esiste, è probabile che abbia una massa vincolata alla gamma 116-130 GeV risultati ottenuti con l'esperimento ATLAS e CMS da 115-127 GeV. Tracce sono state viste da entrambi gli esperimenti in questa regione di massa, ma i dati non sono ancora abbastanza forti per rivendicare una scoperta.

“Abbiamo ristretto la regione più probabile per il bosone di Higgs all’intervallo di massa 115-130 GeV, e durante le ultime settimane abbiamo cominciato a vedere un interessante eccesso di eventi nella regione di massa attorno a 125 GeV”, commenta la Coordinatrice di ATLAS Fabiola Gianotti. “Questo eccesso potrebbe essere dovuto ad una fluttuazione statistica, ma potrebbe anche rappresentare qualcosa di più interessante. Al momento non possiamo giungere a nessuna conclusione. Abbiamo bisogno di ulteriori studi ed ulteriori dati.”

E’ interessante notare che anche l’esperimento CMS trova piccoli eccessi di eventi nella stessa regione di massa attorno a 125 GeV.Il bosone di Higgs è previsto dal Modello Standard. Attraverso il campo di Higgs le particelle fondamentali acquistano massa. Ha una vita media brevissima, al punto che decade quasi istantaneamente, e l’apparato sperimentale può rivelare soltanto le particelle verso le quali esso si disintegra. Si prevede che il bosone di Higgs decada in diverse e ben definite combinazioni di particelle, e ciò che risulta intrigante è il fatto che questi modesti eccessi di eventi sono osservati in più di uno di questi modi di decadimento e da più di un esperimento.

Nell’esperimento CMS in particolare il risultato è basato sull’analisi di vari canali di decadimento del bosone di Higgs previsti dalla teoria: decadimenti in coppie di bosoni W o Z, che decadono a loro volta dando origine a quattro leptoni; oppure decadimenti in coppie di quark pesanti, o in coppie di leptoni tau; e infine decadimenti in coppie di fotoni (Figura 2).

Figura 2: Un evento-tipo identificato come un possibile decadimento a due fotoni di alta energia misurati nel calorimetro elettromagnetico di CMS (rappresentati dalle torrette rosse). Le linee gialle sono le tracce delle altre particelle prodotte nella collisione, misurate dal rivelatore di traccia di CMS.

I risultati preliminari dell’esperimento CMS escludono l'esistenza del bosone di Higgs previsto dal Modello Standard in un largo intervallo di masse possibili:

• 127 - 600 GeV al livello di confidenza del 95% (Figura 3)
• 128 - 525 GeV al livello di confidenza del 99%

Una data massa è detta “esclusa al livello di confidenza del 95%„ se, ripetendo molte volte l’esperimento, il bosone di Higgs avesse quella massa, nel 95% dei casi troveremmo un’evidenza maggiore di quella trovata.

Figura 3: Limite di esclusione sulla massa del bosone di Higgs (Modello Standard) al livello di confidenza del 95%
(sotto la linea rossa). L'analisi è basata su una luminosità integrata di 4.7 fb^-1 di collisioni protone-protone raccolte e certificate da CMS nel 2010 e nel 2011, escludendo i periodi di performance ridotta del rivelatore. Le fasce striate mostrano le regioni in precedenza escluse dal LEP al CERN, dal Tevatron al FERMILAB e ora da CMS. La linea tratteggiata e le fasce verdi e gialle mostrano il valore medio atteso e la relativa incertezza basati sulle sensibilità di CMS nel rivelare l’Higgs e sulla statistica di dati accumulati.

Da questa misura resta una regione permessa per l’esistenza del bosone di Higgs (Modello Standard) di massa compresa fra 115 GeV e 127 GeV al livello di confidenza del 95%. In questo intervallo di massa è presente un eccesso di eventi rispetto alle previsioni del Modello Standard che appare in maniera consistente in cinque dei canali indipendenti analizzati (si veda la Figura 4).

Figura 4: Limite di esclusione sulla massa del bosone di Higgs (Modello Standard) al livello di confidenza di 95% basato su una luminosità integrata di 4.7 fb^-1 di collisioni protone-protone raccolte e certificate da CMS nel 2010 e nel 2011, mostrando l’intervallo esplorato a bassa massa.

Con la quantità di dati raccolti finora, è intrinsecamente difficile distinguere fra le due ipotesi esistenza o non-esistenza di un segnale di Higgs in questa regione. L'eccesso osservato di eventi può essere una fluttuazione statistica dei dati legata a fondi noti del Modello standard, rendendolo compatibile con l'esistenza o assenza del bosone di Higgs (Modello Standard) in questo intervallo. Il campione di dati che raccoglieremo nel 2012 ridurrà le incertezze statistiche, e ci permetterà di capire in maniera non ambigua se il bosone di Higgs esiste in questo intervallo.

Nicola Antonio Cosanni

Note:

• In fisica l'elettronvolt (simbolo eV) è un'unità di misura dell'energia, molto usata in ambito atomico e subatomico, definito come l'energia cinetica acquistata da un elettrone libero quando è accelerato da una differenza di potenziale elettrico di 1 volt nel vuoto. Sono molto usati i suoi multipli keV (kilo-eV, ossia 1000 elettronvolt), MeV (mega-eV, cioè un milione di elettronvolt), GeV (giga-eV, cioè un miliardo di elettronvolt) e TeV (tera-eV, cioè mille miliardi di elettronvolt). Si vedano in proposito i prefissi del SI. Spesso i multipli dell'elettronvolt non vengono pronunciati come si usa con le altre unità di misura, per esempio chilometro, megajoule,... ma vengono pronunciati come si leggono, per esempio si dice kev, mev, gev, tev, al posto di kiloelettronvolt, megaelettronvolt, gigaelettronvolt, teraelettronvolt. Fonte: Wikipedia
• Il livello di confidenza è la misura statistica del numero di volte, su 100 prove, che ci si aspetta il risultato entro l’intervallo specificato. Per esempio un Livello di confidenza di 95% significa il risultato di una data misura darà, probabilmente, il valore atteso 95% delle volte. (Sorgente: NADbank).

Link:

http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR25.11E.html

http://www.atlas.ch/news/2011/status-report-dec-2011.html