Gli scienziati hanno trovato le prime prove del decadimento del raro bosone di Higgs

Gli scienziati hanno scoperto la prima prova del decadimento del bosone di Higgs, ampliando la nostra comprensione dello strano universo quantistico.

Nel 2012, il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato per una scoperta rivoluzionaria: la scoperta del bosone di Higgs, una particella subatomica prevista dal Modello Standard della fisica quasi 50 anni prima. Il bosone di Higgs è di breve durata, decadendo rapidamente in particelle meno massicce come due fotoni (particelle di luce).

Ora i ricercatori che utilizzano ATLAS e CMS presso il Large Hadron Collider in Svizzera hanno trovato prove di un raro decadimento del bosone di Higgs, in cui una particella subatomica si divide in un fotone e due leptoni, un tipo di particella elementare che può essere carica o neutra. In particolare, hanno trovato la prova che il bosone di Higgs può decadere in un fotone e una coppia di elettroni, oppure in un fotone e una coppia di muoni con carica opposta.

Utilizzando il modello standard, gli scienziati possono prevedere le varie particelle elementari in cui può decadere il bosone di Higgs, con due fotoni che rappresentano un decadimento abbastanza "normale". Possono anche stimare la frequenza con cui il bosone di Higgs decade in diverse combinazioni di particelle.

In questo tipo di decadimento, dopo una vita brevissima, il bosone di Higgs si trasforma rapidamente in un singolo fotone, che gli scienziati chiamano "fotone virtuale". Questo "fotone virtuale", noto anche come "fotone fuori dal guscio", viene quindi immediatamente trasformato in qualcosa di simile a due leptoni. Questo "fotone virtuale" ha una massa molto piccola diversa da zero, mentre i fotoni ordinari sono completamente privi di massa.

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Due leptoni "entrano nel nostro calorimetro molto vicini l'uno all'altro", affermano gli esperti. Il calorimetro di LHC è uno strumento che impedisce alle particelle di collidere. Gli scienziati possono rilevare e studiare queste particelle quando vengono fermate o "assorbite" dallo strumento.

Sebbene gli scienziati abbiano predetto che questo tipo di decadimento dovrebbe esistere con il bosone di Higgs, questo nuovo rilevamento è "il primo accenno di prova per questa forma molto rara di decadimento del bosone di Higgs".

Tuttavia, il team probabilmente non sarà in grado di osservare direttamente il raro decadimento fino a quando non aggiornerà l'attrezzatura per il futuro programma LHC ad alta luminosità. "Poiché si prevede che il programma LHC ad alta luminosità genererà enormi quantità di dati, lo studio dei rari decadimenti del bosone di Higgs diventerà la nuova normalità", ha affermato ATLAS in una nota.

Studiando questi rari decadimenti, gli scienziati possono esplorare la possibilità di una nuova fisica oltre il Modello standard. Il Modello Standard spiega molto sul nostro universo fisico, ma non include la gravità o la materia oscura. Si ritiene che la materia oscura, che non emette luce e non può essere osservata direttamente, costituisca circa l'80% di tutta la materia nell'universo conosciuto.

Tutto questo "non ci fornisce ancora nuove informazioni sul portale di Higgs nel 'settore oscuro'", affermano i ricercatori. Ma "dimostra che possiamo cercare cose così rare abbastanza facilmente".

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