Ulteriori Indizi Dal Fermilab Riguardo Alla Nuova Particella Scoperta

Ad Aprile avevamo parlato di alcuni indizi nei dati del Fermilab che portavano a pensare ad una nuova particella, e qualcuno pensò anche che poteva trattarsi del bosone di Higgs,la particella che da la massa a tutte le altre particelle; l’ultimo pezzo del puzzle da trovare per completare il Modello Standard delle particelle subatomiche.

Uno dei maggiori rivelatori presenti al Fermilab

Il segnale di cui si parlò era cosi basso che la maggior parte degli scienziati pensò che difficilmente sarebbe mai ricomparso nelle successive analisi. Ma lo scorso fine settimana, durante una conferenza di fisici in Francia, Giovanni Punzi, membro del CDF, ha mostrato i risultati di nuove analisi che comprendono molti più dati rispetto a prima, ed il segnale è diventato più forte invece che sparire. Quindi potrebbe essere vero e Fermilab potrebbe davvero aver trovato prove dell’esistenza di una nuova particella!

Joanne Hewett, del SLAC National Accelerator Laboratory, ha comunque chiarito che non si tratta assolutamente del bosone di Higgs. L’ha detto, ripetuto e sottolineato, prima che la stampa potesse marciarci su lanciando titoli non esatti. C’è stata infatti un po di confusione su questo punto, partendo dal fatto che i dati in questioni provengono da analisi effettuate durante la produzione di coppie di bosoni di gauge, particelle portatrici delle forze fisiche, durante la continua ricerca del bosone di Higgs.

Si è trattato quindi di analisi di routine che riguardavano dati di fondo. Anche se non sono le analisi principali, sono studi che vanno fatti, perché meglio si riesce a capire quest’aria di dati e meglio si potrà interpretare un eventuale anomalia in altri dati che possono magari segnalare la presenza di particelle come il Higgs. Avvolte poi, può capitare di trovare delle grandi sorprese in questo oceano di dati, come successo in questo caso quando la collaborazione CDF di fisici ha scoperto che il segnale inaspettato di cui si parlava qualche mese fa è diventato più forte nelle analisi successive invece che sparire.

Modello standard delle particelle subatomiche

Più o meno è cosi che avvengono le scoperte nella fisica delle particelle. Prima si ha l’indizio di un segnale. Poi solitamente scompare quando si aggiungono più dati, ma se succede che non scompare, come in questo caso, si ha un indizio leggermente più forte, e cosi via, aggiungendo più dati ci si avvicina alla scoperta passando vari livelli di affidabilità di una scoperta che arrivano fino alla conferma definitiva della nuova scoperta: il livello “5 sigma”.



Questa probabile nuova particella ancora non è arrivata cosi in alto ma ci si sta avvicinando moltissimo.

Quando ancora si trattava soltanto di un 3.2 sigma, molti scienziati si aspettavano che scomparisse presto, come succede alla maggior parte dei segnali. Ma non è successo. “Il segnale è persistito anche quando abbiamo raddoppiato i dati” ha spiegato Hewett. Adesso è arrivato a 4.8 sigma, anche se forse tornerà a 4.2 quando verranno trovate varie incertezze schematiche nei dati.

Aiuta anche il fatto che il team che lavora con il Fermilab ci lavora da molto tempo e conoscono ormai molto bene la macchina che stanno usando. Questo aiuta a ridurre la probabilità di errori analitici molto ovvi. “Sarebbe molto difficile a questo punto attribuire questo segnale semplicemente ad uno sbaglio nella calibrazione o qualcosa di simile; se è un’errore sistematico, è uno molto subdolo.” ha spiegato Sean Carroll, del Caltech. “Ma non sembra affatto un errore; sembra davvero un segnale.”

Vi chiederete a questo punto, dato che non sanno con certezza che cos’è questo nuovo segnale, come fa la Hewett ed i suoi compagni a escludere la possibilità che si tratti del bosone di Higgs? In poche parole, non sta lasciando il giusto tipo ti impronta. I fisici sono in grado di riconoscere le particelle prodotte durante queste collisioni per via dei pattern del decadimento delle particelle (“impronte”) che queste lasciano dietro di se.

I quark esistono soltanto per frazioni di un secondo prima di decadere in altre particelle secondarie. Questo è parzialmente determinato dalla massa: una particella non può decadere in un altra cosa che non sia più pesante della propria massa, altrimenti violerebbe il principio della conservazione dell’energia. Non si può creare qualcosa dal nulla. Quindi normalmente decaderanno nella particella più pesante che ha ancora la sua stessa massa. Lo stesso principio di base vale anche i bosoni di Higgs.

Ogni quark ha tanti diversi modi per decadere, quindi ci sono tante diverse impronte possibili, e ognuna dev’essere esaminata con grande attenzione per determinare quali particelle erano presenti durante la collisione. I pattern del decadimento sono come delle genealogie nell’albero di famiglia e possono facilmente diventare estremamente complicati.

Simulazione di come dovrebbe essere vista una collisione che prova bosoni di Higgs

In questo caso, lo stato finale, o “impronta”, con cui abbiamo a che fare è un leptone (per esempio, un muone o un elettrone), un neutroni e due getti di adroni.



I “getti” appaiono perché i quark non possono esistere in isolamento; devono essere legati all’interno dei adroni. Quindi ogni qualvolta un quark viene prodotto da una collisione, viene espulso dall’interno del suo adrone. Ma prima che possa sfuggire completamente, viene circondato da altri adroni che viaggiano tutti più o meno nella stessa direzione. Studiando questo spray di adroni che vanno nella stessa direzione, gli scienziati possono capire che tipo di quark l’ha prodotto.

Secondo il Modello Standard, si tratta di impronta che può nascere dalla produzione di coppie di bosoni di gauge: o due bosoni W o una coppia di un bosone W e uno Z. In entrambi i casi la componente W della coppia può decadere in un leptone e un neutroni, e l’altra particella (W o Z) decadrà nei getti di un adrone.

Se state perdendo il filo, è normale, non vi preoccupate, sono nozioni molto difficili, ed è facile non capire. Ma il punto è che i fisici capiscono molto bene come avviene il decadimento di queste particelle, e sanno più o meno come dovrebbe essere fatta l’impronta di un bosone di Higgs, ad una massa di circa 150 GeV. Qualsiasi cosa sia questa nuova particella, non si comporta affatto come un Higgs. “Ha un comportamento che non ci aspettiamo che abbia a questa massa.”

Un bosone di Higgs a questa massa decadrebbe in bosoni W, ma il segnale o picco visto nei dati non è nei bosoni W ma nei getti di adroni. E quei getti dovrebbero avere per la maggior parte quark bottom se fossero originati da un Higgs con una massa di 150 GeV, perché il quark bottom è la più pesante particella che è comunque più leggera di 150 GeV. (la più pesante dopo è il quark top con una massa di 174 GeV). In effetti, i getti sono un mix di vari tipi di quark.

Quindi, ok, non si tratta del Higgs, ma resta comunque un segnale incredibilmente affascinante per conto suo, perché il Modello Standard non lo prevede. Prevede una serie di coppie di bosoni di gauge, W+W e W+Z che decadono poi in leptoni, neutroni e getti di adroni. E questo è più o meno esattamente quello che si vede nel primo picco nel grafico dei dati che hanno trovato gli scienziati. “Il primo picco (qui sotto visibile in rosso) si trova esattamente dove dovrebbe essere.” ha spiegato la Hewett.

L'istrogramma blu mostra quello che non è previsto dal Modello Standard

La sorpresa grande sta nel secondo picco rilevato dai dati (qui visto in blu). E totalmente fuori luogo secondo il Modello Standard e non è previsto da alcun modello teorico attuale. Tuttavia andiamoci piano con frasi come “nuovo campo della fisica” perché c’è ancora una buona possibilità che quello che stiamo osservando è un nuovo tipo di bosone di gauge, o quello che la Hewett descrive come coppie “W+X” dove X è il partner sconosciuto.

“Questa scoperta cade nella categoria di “E questo chi l’ha ordinato?” ha spiegato Hewett, riferendosi alla famosa frase detta dal fisici I.I. Rabi negli anni ’30 quando fu scoperto il muone per la prima volta. Anche quello, fu completamente non aspettato e forzò i fisici a rielaborare il Modello Standard.

Questo misterioso nuovo segnale potrebbe ancora rivelarsi un falso positivo, particolarmente perché, anche se è una cosa non ancora formalmente spiegata, gira voce che la collaborazione “sorella” del CDF al Fermilab, quella del rilevatore D-Zero, non sta osservando affatto lo stesso sengnale. Gli scienziati del D-Zero non hanno ufficialmente detto ancora nulla ma nelle prossime settimane dovrebbero finalmente rivelare i loro risultati.

Quindi il prossimo passo sarà proprio questo: sentire cosa hanno trovato o non trovato gli scienziati del D-Zero per poi aspettare nuovi risultati dal LHC che verranno pubblicati quest’estate. “Se nessuno di questi vede lo stesso segnale, allora è molto probabile che gli scienziati del CDF hanno sbagliato qualcosa nelle analisi.” ha spiegato Marc Sher, fisico del College of William and Mary. “Non sono ottimista, dato che è cosi difficile per noi teorici, ma ho detto la stessa cosa anche riguardo alla costante cosmologica, per cui che ne so io?”

Hewett è meno pessimista a riguardo: “E molto, molto improbabile che si tratti di un artefatto”. Ma Hewett e Sher sono comunque d’accordo che le prossime conferenze di fisica che averanno quest’estate chiariranno molte cose.

“Non sono sicuro su cosa lavorare adesso, dato che qualsiasi cosa posso elaborare potrebbe essere spazzato via la prossima settimana dalla rilevazione fatta da altri team.” ha scherzato Sher. “Abbiamo aspettato questo momento per due decenni, e molte, moltissime questioni troveranno finalmente una risposta nelle prossime settimane.”

“Ci aspettiamo tantissime nuove scoperte” ha concluso la Hewett. “Questa sarà l’estate più eccitante per i fisici delle particelle dai tempi dell’estate del 1974″.

Fonte: Link 2 Universe