Quattro muoni

Negli ultimi giorni, il CERN di Ginevra è tornato a fare notizia e a comparire sulle pagine dei giornali per almeno due ottimi motivi. L'ultimo riguarda l'intrappolamento di anti-idrogeno e il secondo, invece, la sostituzione dei protoni con ioni di piombo nel collisore LHC. Questi avvenimenti hanno goduto dell'onore delle primi pagine anche sui giornali generalisti perché evocano curiosità e paure ancestrale. La trama di Angeli e Demoni, un dei best-seller di Dan Brown, si centra proprio sulla capacità del laboratorio ginevrino di produrre e immagazzinare anti-idrogeno; e l'idea che il prodotto di una collissione tra ioni di piombo possa generare una situazione simile a quella del Big Bang è decisamente molto attraente.

Ma non è di questi eventi che vi voglio parlare, bensì di qualcosa di più tecnico, certamente non così appariscente, ma che ha segnato un punto importante per la ricerca del Bosone di Higgs, uno dei principali motivi per cui LHC è stato costruito. L'esperimento CMS ha annunciato che il giorno 24 settembre 2010, è stato registrato il primo evento con 4 muoni nello stato finale. Qui sotto vi riporto un mini video con la visualizzazione dell'evento in questione.

Adesso probabilmente starete pensando: per forza la stampa non gli ha dato importanza, cosa sarà mai questa schifezza? In realtà si tratta di un evento storico perché potrebbe essere la prima volta che il bosone di Higgs è stato creato in laboratorio e successivamente rivelato.


Dove è questo Higgs?

Uno sarebbe portato a chiedersi, ma come fanno questi a dire che hanno visto l'Higgs, quando in realtà al più hanno visto solo qualche riga in un disegno stilizzato. Dobbiamo innanzitutto partire dal fatto che le righe stilizzate rappresentano le traiettorie delle particelle rivelate nella collisione e che grazie alla presenza del campo magnetico e della curvatura di queste tracce è possibile risalire alla massa e alla carica di ciascuna di particelle. Quelle quattro spade che vedete attraversare l'intero rivelatore sono proprio quattro muoni, due positivi e due negativi. Ma i fisici non si sono fermati qui e, applicando analisi piuttosto complicate da spiegare in un blog, hanno calcolato quella che si chiama la massa del dimuone, ovvero della particella che ha generato una coppia +/- di muoni e hanno trovato, in entrambi i casi, un valore compatibile con quello del bosone Z.

E' un bosone di Higgs o è Z? 

E' una lunga storia. I quattro muoni sono stati generati a due a due da una coppia di bosoni Z a loro volta prodotti nell'interazione. E questo è praticamente sicuro, perché, come vi dicevo poche righe fa, la massa invariante di una coppia di muoni è quella di un bosone Z. Ma ora possiamo ripetere il gioco e andare a vedere chi ha prodotto la coppia di Z. Qui la storia si complica, perché una possibile risposta è che la coppia di Z, come prevede la teoria, possa essere generata dal decadimento di bosone di Higgs, ma anche no. Questi Z potrebbe essere anche generati direttamente da collisioni di protoni senza passare per il tanto ricercato Higgs.


Come usciamo da questo mistero?


Con tanta pazienza. Di questo primo evento a quattro muoni possiamo calcolare la massa invariante delle due Z e fare una predizione della massa della particella che le ha generate. Nel caso di questo evento è di poco superiore a 200 GeV. Poi dobbiamo aspettare altri eventi simili e vedere quanto risulterà la massa invariante delle due Z anche in quei casi e dal grafico di tutti questi eventi potremo capire se è stato scoperto l'Higgs oppure no. Infatti se le masse invarianti si disporranno in modo più o meno piatto, allora dobbiamo continuare a cercare o a cercare qualcosa d'altro, se invece tenderanno ad accumularsi in una zona allora quella potrebbe essere la massa del Bosone di Higgs e ci sarà ancora parecchio da divertirsi.

Sarà anche un piccolo passo, ma è il primo di una lunga serie! Avanti tutta!