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9 gennaio 07Fisica e materiali | FERMILAB
Più vicini alla “particella di Dio”
Un esperimento misura con estrema precisione la massa del bosone W. Il valore è strettamente correlato a quello di Higgs, l'anello mancante del Modello Standard
Gli scienziati del progetto Cdf, (Collider Detector) del Fermilab, l'acceleratore di particelle situato a Batavia (Usa) e dedicato allo studio delle particelle elementari, hanno misurato il valore della massa del bosone W con una precisione mai raggiunta finora in un singolo esperimento. Il bosone W, particella fondamentale, è mediatrice della forza nucleare debole e rappresenta un parametro chiave per il Modello Standard di unificazione delle forze. La massa del bosone W inoltre è correlata alla massa del bosone di Higgs, non ancora scoperto, e fornisce delle restrizioni sul valore di quest'ultimo.
Per l'esattezza, la misura ottenuta dagli scienziati del Fermilab per la massa del bosone W è 80,413 +/- 48 MeV/c^2, con una accuratezza dello 0.06 percento. Questa stima, pubblicata in uno studio su Physical Review Letters, nei prossimi due anni potrà essere ulteriormente perfezionata di un fattore 2. Il valore della massa del bosone di Higgs è stato determinato dall'analisi delle collisioni protone-antiprotone prodotte dal Tevatron del Fermilab, l'acceleratore di particelle più potente del mondo. Dalla misura delle masse del bosone W e del quark top, particella scoperta nel 1995 al Fermilab, i fisici sono in grado di fornire importanti restrizioni al valore della massa del bosone di Higgs, l'anello mancante nella teoria del Modello Standard. La cosiddetta “particella di Dio” sarebbe più leggera di quanto finora previsto.
Il Cdf è un progetto internazionale che coinvolge più di 700 fisici di 61 istituzioni e 16 paesi. Con questo esperimento su larga scala si stanno indagando fenomeni predetti dalle teorie, ma mai osservati sperimentalmente. Oltre alla misura della massa del bosone W, il Fermilab sta compiendo notevoli progressi anche in un altro esperimento chiamato DZero che è in cerca di segni di particelle di materia oscura e extra dimensioni. (ma.ma.)
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Si presume che se il bosone di Higgs ha una massa di 220 GeV,lo si troverà di certo nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Di fatto,una luminosità integrata di soli 10^4 picobarn inversi sarà sufficiente per trovare il bosone di Higgs;ciò significa che basterà una luminosità molto più modesta di quella prevista dai costruttori dell’LHC. I progetti inerenti all’LHC del CERN,mirano ad aumentare le energie di collisione fino a raggiungere la fascia dei Tera elettron Volt (10^12 eV),alla ricerca di prove della supersimmetria,del top quark e dell’ormai “famigerato” bosone di Higgs (tutte componenti del modello standard della fisica delle particelle elementari).
A mio avviso,se il bosone di Higgs non verrà identificato neppure nei prossimi esperimenti all’ATLAS (l’apparato all’interno dell’LHC del CERN),ciò non creerà alcun imbarazzo per i fisici che da diversi decenni ormai stanno cercando di rilevarlo.È vero che alcuni esperimenti compiuti nel corso dell’ultimo decennio, hanno cominciato a limitare notevolmente lo spazio parametrico per questa particella, ma finorà non è mai emerso nessun risultato significativo.A ben vedere,la teoria che descrive tale particella scalare con spin nullo (ovvero il bosone di Higgs),ad un livello assai profondo soffre di gravi problemi formali.Uno di questi (…forse il peggiore),è che le particelle scalari sono notoriamente sensibili alla nuova fisica che potrebbe subentrare a scale di energia molto alte (come quelle che verranno utilizzate nel progetto ATLAS,rimanendo nello specifico).Se le forze: forte,debole ed elettromagnetica sono unificate ad una certa scala-livello di energia,e il bosone di Higgs diventa parte di una struttura maggiore, diventa virtualmente impossibile mantenere “leggera” la particella scalare quando le particelle ad essa affini diventano “pesanti”.Nel modello standard non è possibile preservare la gerarchia delle scale in alcun modo naturale.Tutto comunque si verrebbe a risolvere con l’introduzione,a tal punto,del concetto di supersimmetria. Ogni bosone e ogni fermione in una coppia supersimmetrica danno lo stesso contributo alla massa efficace del bosone di Higgs,ma il loro contributo è di segno opposto.In ultima analisi quindi,gli effetti di tutte le particelle virtuali (dei fermioni e dei bosoni),si annullano facendo sì che la massa del bosone di Higgs non risenta dell’influenza della fisica a scale di energia più alte.Rimane comunque a questo punto un problema di fondo:Se le particelle ordinarie vengono divise in massa dalle loro partner supersimmetriche,viene a mancare il meccanismo con cui le une e le altre si annullano nel calcolo degli effetti delle particelle virtuali sulla massa di Higgs.Senza addentrarmi in ulteriori dettagli tecnici,tirando le somme,è possibile giungere all’idea che la scala di energia a cui i partner supersimmetrici della materia ordinaria dovrebbero esistere,non può essere molto più alta della scala della rottura di simmetria dell’interazione debole.Con i futuri esperimenti al CERN,sarà quindi possibile stabilire una volta per sempre, la fondatezza o meno del modello supersimmetrico,ipotizzato già agli inizi degli anni ’70. (WWW.OLOSCIENCE.COM)