Entrambi gli esperimenti ATLAS e CMS hanno mostrato una solida evidenza che la nuova particella scoperta nel luglio 2012 assomiglia sempre più al bosone di Higgs, dimostrando anche che essa decade in particelle note come leptoni tau, una variante molto pesante degli elettroni.

Perché questo è cosi importante? CMS e ATLAS hanno già dimostrato che il nuovo bosone è proprio
un certo tipo di bosone di Higgs. In questo caso, la teoria prevede che dovrebbe decadere in diversi tipi di particelle. Finora, il decadimento nei bosoni W e Z, come anche in fotoni, era stato ben stabilito. Ora per la prima volta entrambi gli esperimenti mostrano l’evidenza che decade anche in leptoni tau.

Il decadimento di una particella assomiglia molto al cambio di una moneta. Se il bosone di Higgs fosse una moneta da un euro, ci sarebbero molti modi di cambiarla con monete di taglio più piccolo ma, finora, la macchina di cambio sembra cambiarle solo in alcuni modi particolari. Ora si è scoperto un altro nuovo modo di effettuare questo cambio.

Uno degli eventi raccolti dalla collaborazione CMS avente le caratteristiche previste dal decadimento del bosone di Higgs del Modello Standard in una coppia di leptoni tau. Uno è il decadimento di un tau in un muone (linea rossa) e neutrini (non visibili nel rivelatore), mentre l’altra tau decade in un adrone carico (torri blu) e un neutrino. Ci sono anche due getti di particelle in avanti (torri verdi) [Fonte: CERN].

Ci sono due classi di particelle fondamentali, chiamate fermioni e bosoni a seconda del loro spin, il valore del loro momento angolare. Le particelle di materia (come tau, elettroni e quark) appartengono alla famiglia dei fermioni. Dall’altra parte, le particelle associate alle varie forze che agiscono su questi fermioni sono i bosoni (come i fotoni che sono il tramite della forza elettromagnetica e i bosoni W e Z, che sono il tramite dell‘interazione elettrodebole).

L’esperimento CMS ha già messo in evidenza il decadimento del bosone di Higgs in due fermioni l’estate scorsa con un segnale di 3.4 sigma quando si combinano i canali tau e quark b. Un sigma corrisponde ad una deviazione standard, la grandezza delle potenziali fluttuazioni statistiche. Sono necessari tre sigma per sostenere una evidenza, mentre cinque sigma sono di solito richiesti per una scoperta.

Per la prima volta siamo di fronte alla chiara evidenza di un singolo canale – e due esperimenti l’hanno prodotta indipendentemente. L’esperimento ATLAS ha evidenziato un segnale di 4.1 sigma per il solo canale tau, mentre CMS ha ottenuto 3.4 sigma, entrambi dando una forte evidenza che questo particolare tipo di decadimento accade.

Con questi nuovi risultati, gli esperimenti hanno stabilito una ulteriore proprietà che era prevista per il bosone di Higgs del Modello Standard. Ciò che rimane da chiarire è il tipo esatto di bosone di Higgs con cui abbiamo a che fare. È davvero il tipo più semplice associato al Modello Standard? O abbiamo scoperto un altro tipo di bosone di Higgs, il più leggero dei cinque tipi di bosone di Higgs previsto da un’altra teoria chiamata supersimmetria?

È ancora troppo presto per abbandonare questa seconda ipotesi, per dare una risposta definitiva servono ancora dati. Che potremmo iniziare a collezionare appena l’LHC riprenderà a funzionare nel 2015 quando finirà il periodo di arresto programmato per manutenzione e aggiornamento.
Leggi l’articolo competo di Pauline Gagnon su Quantum Diaries.