di  -  martedì 27 novembre 2012

Dopo l’annuncio dell’osservazione del bosone di Higgs, avvenuto lo scorso Luglio, le collaborazioni di ATLAS e CMS si sono impegnate al massimo per capire i dettagli di questa particella, confermare e migliorare la scoperta.

Il primo passo è stato pubblicare l’osservazione in una rivista con peer-review, in questo caso Physics Letters B. Ammetto che questa è una cosa che mi ha fatto particolarmente piacere perché lavoro alla Elsevier dallo scorso Maggio e Physics Letters B è una delle riviste di cui sono responsabile. Con l’aiuto dei rappresentanti delle due collaborazioni, dopo che gli articoli sono stati accettati dai redattori della rivista, abbiamo creato un libretto che raccoglie gli articoli di ATLAS e CMS e che può essere scaricato gratuitamente qui.

Ma i ricercatori dell’LHC non sono certamente andati in vacanza dopo la pubblicazione di queste due lettere: anzi! A Luglio abbiamo scoperto che c’è una nuova particella con una massa di 125 GeV, che è un bosone, e che decade in fotoni e altri bosoni. Benissimo, ma è veramente il bosone di Higgs? E quale dei tanti? Infatti nel corso degli ultimi trent’anni abbiamo capito che il Modello Standard non è così completo, per esempio non è in grado di spiegare la Materia Oscura, la disparità  tra materia e antimateria e non è completamente a proprio agio nemmeno con le oscillazioni dei neutrini. Per questo i fisici teorici hanno sviluppato tutta una serie di possibili teorie per estendere il Modello Standard e spiegare questi “strani” fenomeni. Un esempio è la supersimmetria.

Quando è stata annunciata l’osservazione del bosone a 125 GeV, i più smaliziati hanno subito cominciato a domandarsi perché né ATLAS né CMS lo hanno visto decadere in leptoni, in particolare i leptoni Tau, i fratelli sovrappeso degli elettroni. Questo mancato decadimento, infatti, poteva essere un segnale interessante per pensare che il bosone di Higgs osservato non fosse esattamente quello predetto dal Modello Standard.

Il 14 Novembre, però, in un’altra conferenza (Hadron Collider Physics Symposium, a Kyoto), ATLAS e CMS hanno presentato gli ultimi risultati, e i più importanti dopo l’annuncio dell’Higgs lo scorso Luglio. In particolare, entrambe le collaborazioni hanno aumentato la statistica (in particolare CMS ha aggiunto i dati del 2012) e confermato le osservazioni di Luglio. CMS ha anche mostrato un’interessante analisi per misurare la parità del bosone di Higgs (ovvero per vedere se lo spin è negativo o positivo). A prima vista sembra essere positivo, in assoluto accordo con il Modello Standard, anche se la significatività della misura non è ancora tale da poter esserne certi.

Sono mancati all’appello aggiornamenti sulle misure in fotone-fotone. C’è chi vocifera che ciò è dovuto all’insicurezza delle due collaborazioni nel presentare questi risultati coi dati aggiornati: forse ci sono degli effetti che non hanno ancora compreso del tutto. Staremo a vedere a Marzo, quando la prossima grande conferenza avrà luogo (i “Rencontres de Moriond”, quando si parla di fisica mentre si scia).

In compenso sia ATLAS che CMS (ma, di nuovo, il risultato di CMS sembra essere più accurato) hanno osservato il decadimento del bosone di Higgs in coppie di leptoni Tau. L’osservazione è, di nuovo, in completo accordo con il Modello Standard, rendendo il bosne di Higgs una delle particelle più noiose mai osservate finora.

Come se non bastasse, un’ulteriore mazzata a possibili estensioni al Modello Standard è stata data da recenti osservazioni di LHCb, un altro esperimento dell’LHC. Questo esperimento ha misurato il decadimento di una particella molto particolare, il mesone Bs (uno stato bottom anti-quark legato a uno strange quark) in coppie di muoni (altri leptoni simili agli elettroni, ma un po’ più leggeri dei tau). Questo decadimento è estremamente raro e ha la particolarità di dipendere in modo molto marcato dall’esistenza o meno di particelle pesanti. Il Modello Standard predice in modo molto preciso la frequenza di questo decadimento, per cui un’osservazione diversa da questa predizione può far intravedere fisica aldilà del Modello Standard. Ebbene, delusione delle delusioni, anche in questo caso le osservazioni sembrano essere completamente in accordo con il Modello Standard. Certo, le osservazioni non sono ancora una scoperta vista la statistica ancora limitata, ma i supporter della supersimmetria sono in un periodo di depressione.

Se tutte queste osservazioni venissero confermate LHC ci lascerebbe un quadro molto difficile da interpretare. Infatti in questo caso il Modello Standard, così come è stato descritto fino agli anni ’80-’90 sembra essere autoconclusivo e perfettamente stabile. D’altro canto, sabbiamo che ci sono molte cose che non possono essere spiegate dal Modello Standard, come la Materia Oscura, la gravità, la mancanza di antimateria e, in parte, anche l’oscillazione dei neutrini (e, se vogliamo, anche la massa dell’Higgs a 125 GeV non è l’ideale per un Modello Standard tout court). Quindi ci troviamo davanti a una situazione in cui il Modello Standard non può spiegare tutta una serie di fenomeni, ma allo stesso tempo non lascia spazio a nessuna estensione di quelle più logiche che abbiamo ipotizzato finora. Vorrebbe quindi dire che i fisici teorici devono rimboccarsi le maniche e cominciare a sfornare qualche teoria completamente nuova!

17 Commenti »

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  • # 1
    Cipo
     scrive: 

    Grazie dell’articolo, mi mancavi! :D

  • # 2
    n0v0
     scrive: 

    devo capire.

    Quello che emerge dagli ultimi dati sarebbe quindi una conferma della coerenza del modello standard e porrebbe un “limite” a tutto ciò che esso possa predire?
    Nella fattispecie, si potrebbe paragonare alla meccanica di newton, che funziona benissimo in tutta una serie di ambiti a bassa gravità/accelerazione ma che, quando il gioco si fa duro, deve cedere il passo alla relatività?
    Servirebbe quindi una evoluzione in stile relatività vs. dinamica classica, una teoria che includa in sé il modello standard, ormai completo e limitato, e ne ampli gli orizzonti?

  • # 3
    ncc2000
     scrive: 

    Buona sera. Premetto che sono assolutamente impreparato e completamente ignorante, e da qui sono consapevole di poter scrivere autentiche castronerie. Perdonatemi il preambolo. Leggo che tuttora la forza di gravità è “misteriosa”. Ma non è una conseguenza della curvatura dello spazio-tempo? Dove mi sbaglio? Chiedo venia per l’OT.

  • # 4
    n0v0
     scrive: 

    @ ncc2000

    la tua domanda coglie il nodo centrale della fisica del XXI secolo ;-)

    Provo a dirla in modo brutale, ma in pratica il problema è che la gravità al momento è descritta secondo regole della teoria di campo classico, cioè continuo, mentre le altre tre forze sono descritte in termini di campo quantistico, ovvero parcellizzato.

    Poiché si suppone che la meccanica quantistica sia alla base della realtà, anche la gravità dovrebbe poter essere formulata in tal modo, ma ancora non si è trovato una soluzione soddisfacente.

  • # 5
    compass
     scrive: 

    Anch’io, quando ho letto “gravità” nell’ultimo periodo dell’articolo, ho pensato che accanto mancasse la parola “quantistica”.

  • # 6
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @n0v0
    si, l’analogia regge. L’idea è che il Modello Standard funziona benissimo, dove funziona…ma ci sono aree della fisica in cui non funziona e bisogna pensare tutto da capo!

  • # 7
    n0v0
     scrive: 

    e ciò è molto stimolante! :D

  • # 8
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Coraggio Eleonora, prima o poi aggiusteranno quella cosa che fa uso di strani filamenti, e la chiameranno finalmente teoria. O:-)

    A parte gli scherzi, il fatto che il modello standard risulti ancora così preciso nelle predizioni e nei riscontri lo trovo molto positivo, proprio perché abbiamo bisogno di uno strumento che ci aiuti a modellare (approssimare) la realtà.

    Perché non dovrebbe essere possibile estenderlo ulteriormente per coprire ciò che manca, visto che finora calza così bene?

    Forse il problema più grande è dovuto al fatto che non riusciamo ancora ad avere un’idea plausibile sui pezzi che ancora mancano. Probabilmente quando l’avremo si scoprirà come aggiustare ancora una volta il modello per far rientrare le ultime novità.

  • # 9
    ncc2000
     scrive: 

    Grazie per la delucidazione. Non ci avevo pensato. Chiedo nuovamente scusa per il fuori tema

  • # 10
    sireangelus
     scrive: 

    i pezzi sono tutti di fronte agli scienziati.. manca la capacità di metterli insieme.

    la materia oscura non esiste. come tutte le forze, anche la gravità è duale e proviene da una semplice proprietà dello spazio.. l’incomprimibilità.. la materia accelera apparentemente in un campo di gravità, ma in realtà è la compensazione per il diverso fattore temporale. in pratica al rallentare del tempo la materia compensa.(lascio indizi qui e li. se sembro inetto, ho scritti di dieci anni fa dove ho previsto le proprietà olografiche dell’universo.. adesso degli esperimenti confermano quello che ho teorizzato con dieci anni di anticipo..)

  • # 11
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Se ti riferisci al “principio olografico”, dieci anni fa t’avevano già preceduto di una decina d’anni.

    Sul resto non mi posso pronunciare perché ho scarse conoscenze di fisica.

  • # 12
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @sireangelus
    Non serve aspettare gli scienziati, se tu hai già la soluzione fatti avanti e pubblicala…
    Magari ‘t Hooft sarebbe interessato a fare la peer review del tuo articolo….

  • # 13
    Massimo
     scrive: 

    Il problema che io vedo è che se gli esperimenti fatti con i vari LHC, ATLAS, SSC etc. etc. concordano tutti con il modello standard e altri non se ne possono fare perché acceleratori più grossi sono fuori questione (costi ecc.) e quindi abbiamo raggiunto il limite delle energie osservabili, per così dire, da dove mai potrà saltare fuori un esperimento capace di invalidare il modello standard? Dalla cosmologia? Ma quanto credito potrebbero avere prove cosmologiche non ripetibili in laboratorio?

    Potremo lavorare di matematica per mettere insieme un modello alternativo, ma di nuovo alla fine avremo bisogno di esperimenti che lo confermino o smentiscano. Ma se questi esperimenti non si possono fare perché richiedono energie troppo alte, sarebbe la fine della fisica delle particelle, nel senso che avremmo raggiunto un limite ultimo a quello che possiamo scoprire su di esse… o no?

  • # 14
    Antonio Barba
     scrive: 

    @Massimo #13:
    Se il limite attuale è “soltanto” tecnologico (energie troppo alte), allora non è la fine della fisica, ma un periodo di rallentamento. Sicuramente tra 50 anni avremo tecnologie più sofisticate per superare i limiti attuali.

    Non dimentichiamoci che siamo veramente agli albori della tecnologia delle alte energie, paragonato alla scala geologica della nostra presenza sul pianeta e, appena 1 secolo fa, stavamo ancora discutendo sulla natura delle onde elettromagnetiche.

  • # 15
    massimo
     scrive: 

    Tecnologie più sofisticate… forse. Ma a meno che non si considerino fenomeni “non confermati” tipo la fusione fredda, credo che ormai di scontri fra particelle se ne siano provati tutti quelli che si potevano provare.

    E’ molto interessante che nessuno scienziato finora si è alzato su e ha detto chiaro e tondo che la F.F. è una bufala tipo cerchi nel grano… il che mi fa pensare che ci sia effettivamente qualcosa di nuovo da spiegare, lì dentro, solo che (IMHO) finora nessuno ha voluto rischiare la reputazione occupandosene seriamente… nessuno vuole finire come Fleischmann e Pons, credo.

    A proposito, e qui chiedo a chi di fisica ne sa più di me: quanti fenomeni “non confermati” e fuori dal modello standard esistono, a parte la fusione fredda? L’oscillazione dei neutrini è un’altro, e poi? Che cos’altro c’è sotto il nostro naso che il modello standard non riesce a spiegare, ma nondimeno accade?

  • # 16
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Ma cosa c’entra la fusione fredda con fisica delle particelle? Nuovi acceleratori sono già in programma e di fisica nuova se ne potrà sempre fare. LHC è stato pensato 10 anni prima che la tecnologia per farlo esistesse, ma prima o poi ci si arriva…

    Inoltre ce ne sono a bizzeffe di scienziati che dicono che la fusione fredda è una bufala. Quasi tutti a dire il vero. Non ha nessun fondamento scientifico e nessuno è mai riuscito a riprodurre i claim dei vari scopritori. Quindi di sicuro la fusione fredda non è tra la lista dei fenomeni esistenti non spiegati dal modello standard….

    Quello che non si riesce a spiegare è, per esempio, la materia oscura.

  • # 17
    n0v0
     scrive: 

    piccola riflessione: certo che se a occuparsi di notizie scientifiche mandano i giornalisti che due ore prima facevano, per dire, servizi di moda.. http://www.lescienze.it/news/2012/12/03/news/higgs_persona_dell_anno_time_errori-1398210/

    E questa fallacia comunicativa la ritrovo ogni volta che al tg appare una notizia che parla di scienza. A volte viene davvero da offendersi.
    Credo che questa alterata comunicazione alla gente di ciò che significhi veramente la scienza sia da considerarsi fra i principali fattori favorenti il proliferare di pseudoscienze, superstizioni e derivati.

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