Quest'estate a Chicago, dal 3 al 10 agosto, teorici e fisici sperimentali di tutto il mondo parteciperanno alla Conferenza internazionale di fisica delle alte energie (ICHEP). Uno dei punti salienti di questa conferenza proviene dai Laboratori del CERN, dove i fisici delle particelle mostrano la ricchezza di nuovi dati che il Large Hadron Collider (LHC) ha prodotto finora quest'anno.
Ma tra tutta l'eccitazione che deriva dalla capacità di scrutare gli oltre 100 risultati più recenti, anche alcune cattive notizie dovevano essere condivise. Grazie a tutti i nuovi dati forniti da LHC, la possibilità di scoprire una nuova particella elementare - una possibilità che era iniziata ad apparire probabilmente otto mesi fa - è ora svanita. Peccato, perché l'esistenza di questa nuova particella sarebbe stata rivoluzionaria!
Le indicazioni di questa particella sono apparse per la prima volta nel dicembre 2015, quando i team di fisici che utilizzavano due rilevatori di particelle del CERN (ATLAS e CMS) hanno notato che le collisioni eseguite dall'LHC stavano producendo più coppie di fotoni del previsto e con un'energia combinata di 750 gigaelettronvolts. Mentre la spiegazione più probabile era un colpo di fortuna statistico, c'era un'altra possibilità allettante: che stavano vedendo prove di una nuova particella.
Se questa particella fosse effettivamente reale, allora sarebbe probabilmente una versione più pesante del bosone di Higgs. Questa particella, che conferisce la massa ad altre particelle elementari, era stata scoperta nel 2012 dai ricercatori del CERN. Ma mentre la scoperta del bosone di Higgs ha confermato il Modello standard di fisica delle particelle (che è stata la convenzione scientifica negli ultimi 50 anni), la possibile esistenza di questa particella era incompatibile con essa.
Un'altra teoria, forse ancora più eccitante, era che la particella era il gravitron tanto ricercato, la particella teorica che funge da "portatore di forza" per gravità. Se davvero lo era Questo particella, quindi gli scienziati avrebbero finalmente un modo per spiegare come la relatività generale e la meccanica quantistica si uniscono - qualcosa che li ha elusi per decenni e ha inibito lo sviluppo di una teoria di tutto (ToE).
Per questo motivo, c'è stato un buon grado di eccitazione nella comunità scientifica, con oltre 500 articoli scientifici prodotti sull'argomento. Tuttavia, grazie all'enorme quantità di dati forniti negli ultimi mesi, i ricercatori del CERN sono stati costretti ad annunciare venerdì all'ICEP 2016 che non c'erano nuove prove di una particella da avere.
I risultati sono stati presentati dai rappresentanti dei team che hanno notato per la prima volta i dati insoliti dello scorso dicembre. A rappresentare il rivelatore ATLAS del CERN, che per primo ha notato le coppie di fotoni, era Bruno Lenzi. Nel frattempo, Chiara Rovelli rappresenta la squadra concorrente che utilizza il solenoide Compact Muon (CMS), che ha confermato le letture.
Come hanno dimostrato, le letture che indicavano un bump in coppie di fotoni lo scorso dicembre sono finite nella linea piatta, eliminando ogni dubbio sul fatto che fosse o meno un colpo di fortuna. Tuttavia, come Tiziano Campores - un portavoce di C.M.S. - è stato citato dal New York Times come detto alla vigilia dell'annuncio, i team erano sempre stati chiari sul fatto che questa non era una possibilità probabile:
"Non vediamo nulla. In effetti, c'è persino un piccolo deficit esattamente a quel punto. È deludente perché è stato fatto così tanto clamore su di esso. [Ma] siamo sempre stati molto carini al riguardo. "
Questi risultati sono stati anche dichiarati in un documento presentato al CERN dal C.M.S. squadra lo stesso giorno. E i CERN Laboratories hanno fatto eco a queste dichiarazioni in un recente comunicato stampa che ha affrontato gli ultimi dati raccolti durante l'ICEP 2016:
"In particolare, l'intrigante accenno di una possibile risonanza a 750 GeV che si decompone in coppie di fotoni, che ha causato un notevole interesse dai dati del 2015, non è riapparso nel set di dati 2016 molto più ampio e quindi sembra essere una fluttuazione statistica."
Questa è stata una notizia deludente, dal momento che la scoperta di una nuova particella avrebbe potuto fare luce sulle molte domande che sorgono dalla scoperta del bosone di Higgs. Da quando è stato osservato per la prima volta nel 2012, e in seguito confermato, gli scienziati hanno lottato per capire come sia la cosa che dà alle altre particelle la loro massa potrebbe essere così "leggera".
Nonostante sia la particella elementare più pesante - con una massa di 125 miliardi di volt di elettroni - la teoria quantistica prevede che il bosone di Higgs debba essere trilioni di volte più pesante. Per spiegarlo, i fisici teorici si sono chiesti se in effetti ci siano altre forze all'opera che tengono a bada la massa del bosone di Higgs, cioè alcune nuove particelle. Sebbene non siano state ancora scoperte nuove particelle esotiche, i risultati finora sono stati ancora incoraggianti.
Ad esempio, hanno dimostrato che gli esperimenti LHC hanno già registrato circa cinque volte più dati negli ultimi otto mesi rispetto a quelli dell'anno scorso. Hanno anche offerto agli scienziati un assaggio di come le particelle subatomiche si comportano con energie di 13 trilioni di elettronvolt (13 TeV), un nuovo livello raggiunto l'anno scorso. Questo livello di energia è stato reso possibile dagli aggiornamenti effettuati sull'LHC durante la sua pausa di due anni; prima del quale, funzionava solo a metà potenza.
Un'altra cosa degna di nota è il fatto che l'LHC ha superato tutti i precedenti record di performance lo scorso giugno, raggiungendo un picco di luminosità di 1 miliardo di collisioni al secondo. Essere in grado di condurre esperimenti a questo livello di energia, e coinvolgendo così tante collisioni, ha fornito ai ricercatori di LHC un set di dati abbastanza grande da essere in grado di condurre misurazioni più precise dei processi del Modello Standard.
In particolare, saranno in grado di cercare interazioni anomale di particelle ad alta massa, che costituisce un test indiretto per la fisica oltre il Modello Standard, in particolare nuove particelle previste dalla teoria della Supersimmetria e altre. E mentre devono ancora scoprire nuove particelle esotiche, i risultati finora sono stati ancora incoraggianti, principalmente perché dimostrano che l'LHC sta producendo più risultati che mai.
E mentre scoprire qualcosa che potesse spiegare le domande derivanti dalla scoperta dei bosoni di Higgs sarebbe stato un grande passo avanti, molti concordano sul fatto che era semplicemente troppo presto per sperare. Come ha dichiarato Fabiola Gianotti, direttore generale del CERN:
"Siamo solo all'inizio del viaggio. Le straordinarie prestazioni dell'acceleratore LHC, gli esperimenti e i calcoli sono estremamente utili per un'esplorazione dettagliata e completa delle diverse scale di energia TeV e progressi significativi nella nostra comprensione della fisica fondamentale. "
Per il momento, sembra che dovremo essere tutti pazienti e attendere che vengano prodotti risultati più scientifici. E tutti possiamo consolarci nel fatto che, almeno per ora, il Modello standard sembra ancora essere quello corretto. Chiaramente, non ci sono scorciatoie per capire come funziona l'Universo e come tutte le sue forze fondamentali si incastrano.
