Sei anni dopo la sua scoperta, il bosone di Higgs è stato finalmente osservato decadere dalle particelle fondamentali note come quark inferiori. La scoperta, presentata nei giorni scorsi al CERN, con i progetti ATLAS e CMS, al Large Hadron Collider (LHC), è coerente con l’ipotesi che il campo quantico onnipervadente dietro il bosone di Higgs dia massa anche al quark di fondo.
Il modello standard della fisica delle particelle prevede che circa il 60% delle volte in cui un bosone di Higgs decadrà su un paio di quark inferiori, il secondo più pesante dei sei flavours di quark. Il test di questa previsione è cruciale perché il risultato potrebbe fornire supporto al modello standard, basato sull’idea che il campo di Higgs doti i quark e altre particelle fondamentali di massa, o crei le sue fondamenta.
Individuare questo canale di decadimento del bosone di Higgs è tutt’altro che facile, come dimostrato dal periodo di sei anni dalla scoperta originaria. La ragione della difficoltà è che ci sono molti altri modi per produrre quark di fondo nelle collisioni protone-protone. Ciò rende difficile isolare il segnale di decadimento del bosone di Higgs dal “rumore” di fondo associato a tali processi. Al contrario, i canali di decadimento del bosone di Higgs meno comuni che sono stati osservati al momento della scoperta della particella, come il decadimento di una coppia di fotoni, sono molto più facili da estrarre dallo sfondo.
Per estrarre il segnale, ATLAS e CMS hanno combinato i dati della prima e della seconda serie dell’LHC, che ha coinvolto le collisioni alle energie di 7, 8 e 13 TeV. Hanno quindi applicato metodi di analisi complessi ai dati. Il risultato, sia per ATLAS che per CMS, è stato il rilevamento del decadimento del bosone di Higgs in una coppia di quark di fondo con un significato superiore a 5 deviazioni standard. Inoltre, entrambi i team hanno misurato un tasso di decadimento coerente con la previsione del modello standard.
“Questa osservazione è una pietra miliare nell’esplorazione del bosone di Higgs. Mostra che gli esperimenti ATLAS e CMS hanno raggiunto una profonda comprensione dei loro dati e un controllo di background che supera le aspettative. ATLAS ora ha osservato tutti gli accoppiamenti del bosone di Higgs al quark e lepton pesanti della terza generazione e tutte le principali modalità di produzione”, ha dichiarato Karl Jakobs, portavoce del progetto ATLAS.
“Dalla prima osservazione del singolo esperimento del bosone di Higgs è stato osservato l’accoppiamento di questo con i fermioni più pesanti: il tau, il quark top, e ora il quark di base. Le eccezionali prestazioni LHC e le moderne tecniche di machine learning ci hanno permesso di raggiungere questo risultato prima del previsto”, ha dichiarato Joel Butler, portavoce del progetto CMS.
Con più dati, i progetti di ricerca miglioreranno la precisione di queste e altre misurazioni e sonderanno il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di fermioni molto meno voluminosi chiamati muoni, sempre alla ricerca di deviazioni nei dati che potrebbero puntare alla fisica oltre il Modello Standard.
“Gli esperimenti continuano a comprendere la particella di Higgs, che è spesso considerata un portale per la nuova fisica. Questi risultati belli e precoci sottolineano anche i nostri piani per l’aggiornamento del LHC per aumentare sostanzialmente le statistiche. I metodi di analisi hanno ora dimostrato di raggiungere la precisione richiesta per l’esplorazione dell’intero panorama della fisica, inclusa la nuova fisica che finora si nasconde così sottilmente”. Ha affermato il direttore del CERN per la ricerca e l’informatica Eckhard Elsen.
