La notizia della scoperta della particella di Higgs era già nell'aria da qualche giorno, tutto quello che serviva, come ha spiegato ottimamente toto nel suo post, era il giusto numero di sigma per poter annunciare al mondo il risultato.
Alla fine del 2011 è stato osservato un "eccesso di segnale" nella regione di massa sotto i 160 GeV. Purtroppo il numero di sigma non era sufficiente per dichiarare la scoperta, ma sicuramente era un buon punto da cui partire per proseguire le ricerche. In questa regione, i canali più sensibili e promettenti sono il decadimento dell'Higgs in gamma gamma (due fotoni di alta energia) e dell'Higgs in una coppia di bosoni Z (di cui uno virtuale), che a loro volta decadono in 4 leptoni (elettroni o muoni). L'accuratezza del primo canale dipende fortemente dalle prestazioni del calorimetro elettromagnetico, mentre il secondo è sicuramente il canale più pulito e dipende da quanto bene funziona il sistema di tracking. Questa regione di massa è popolata da altri possibili canali di decadimento (come il decadimento in una coppia di quark b e anti-b o in una coppia di leptoni tau e anti-tau), ma al contrario dei due canali "principe", questi ultimi sono accompagnati da molta "sporcizia" (o background) ed è quindi difficile riuscire a discriminare il segnale dal fondo.
Veniamo quindi ai risultati: due sono i modi per "cercare" una nuova particella:
- Riuscire a dire dove sicuramente "non è", e al contempo...
- Cercare delle regioni in cui invece può essere.
Questo è l'approccio al problema che gli esperimenti di fisica delle particelle da LEP in poi (passando per il TEVATRON e arrivando ad LHC) hanno adottato da quasi 20 anni. La figura qui sotto a sinistra mostra quanto si sapeva alla fine del 2011: le zone rosse sono quelle in cui sicuramente l'Higgs non poteva trovarsi, le altre zone erano ancora possibili. A destra invece c'è quanto sappiamo da oggi...
Praticamente tutta la regione di bassa massa è stata eliminata, tranne una piccola zona larga meno di 10 GeV. In corrispondenza di questa regione è ben evidente un picco a 125-126 GeV. Combinando i risultati ottenuti con entrambi i canali (gamma gamma e ZZ*), la significanza del picco è 5.1 sigma. Questo significa che c'è una probabilità di 3x10^-7 che questo picco sia dovuto ad una fluttuazione del fondo: diciamo che è molto improbabile. Citando la frase del direttore generale del CERN:"I think we have it".
Una cosa importante che entrambi gli esperimenti hanno sottolineato nelle slide di conclusione (ma che ha sottolineato anche il direttore generale nei commenti finali) è che c'è l'osservazione di un nuovo bosone che sembra comportarsi come l'Higgs del modello standard. Tuttavia è necessario studiarne in dettaglio le proprietà (massa, larghezza, canali di decadimento, costanti di accoppiamento, numeri quantici) per sapere con certezza se si tratta di esso o di uno degli altri bosoni di Higgs predetti da diversi modelli teorici, per esempio dai modelli super-simmetrici. In definitiva, la scoperta di oggi è solo il primo passo verso la comprensione di questa elusiva particella!
bravissimo Alessandro. ottimo lavoro, ti meriti una stella!
RispondiEliminaoggi è davvero un giorno speciale da non dimenticare. che emozione.
e pensare che è solo l'inizio
E.Fermi: ragazzo, se fossi
RispondiEliminain grado di ricordare il nome di tutte queste particelle, sarei diventato un
botanico
Pensa che io ho fatto qualche piccolo lavoretto a Pavia per l'esperimento CMS. Per il resto è tutta fisica che non vedo da 20 anni perchè sono specializzato nelle basse energie ...
Bravo Alessandro, ottimo lavoro.
SM
Grazie dei complimenti. In effetti l'atmosfera che si respirava oggi era speciale, anche perchè qualche notizia era già trapelata attraverso canali "ufficiosi", quindi ci si aspettava proprio le fatidiche 5 sigma. Sicuramente un'esperienza da ricordare!
RispondiElimina"per sapere con certezza se si tratta di esso o di uno degli altri bosoni di Higgs predetti da diversi modelli teorici"
RispondiEliminaScusate un attimo, quindi ufficialmente non hanno detto di aver individuato il bosone di Higgs! Hanno detto di aver trovato un bosone che è molto simile a quello di Higgs e che probabilmente è lui ma non si ha la certezza.
E poi una seconda domanda, perchè si parla di altri bosoni di Higgs predetti da diversi modelli teorici? Il modello teorico non è uno solo? O il bosone risponde alle caratteristiche del modello o il modello non va bene (o magari quello che si osserva, il bosone, non è quello che si pensa di vedere).
Comunque complimenti davvero, penso di non poter neanche immaginare la soddisfazione e l'orgoglio di chi lavora al CERN!!!
Ed ora una domanda low level.
RispondiEliminaTornando al "semplice" modello elettrone-neutrone-protone: il neutrone avrebbe Higgy Baby che gli gira intorno?
E' bello vedervi così entusiasti!
RispondiEliminaSarà contento anche Democrito, e anche Hawking è contento, vi prego guardate il video , non credevo che riuscisse ancora a sorridere!
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-18708626
Sembra felicissimo di aver perso i 100 dollari e propone Higgs per il Nobel
P.S.
Hawkings aveva scommesso
cento dollari non perché non fosse convinto del modello di Higgs ma perché se
il bosone non fosse stato scoperto il modello standard non sarebbe stato
confermato anzi sarebbe stato rimesso in discussione e questo avrebbe reso
"l'universo molto più interessante" parole sue.
Pienamente d'accordo con Hawkings!
RispondiEliminaE poi il modello standard lo trovo ormai "pesante", con certi artifici matematici dubbi (e non sono certo l'unico, anzi c'è gente molto più quotata di me che la pensa cosi').
Ma se un bosone c'è, beh allora c'è.
Per la prima domanda: si, è cosi' per ora. Hanno individuato un bosone che è un ottimo candidato, ma per avere la certezza che corrisponde a quello del modello occorre studiarne in dettaglio le caratteristiche.
RispondiEliminaLa seconda domanda è parecchio più complessa da rispondere precisamente. Diciamo che c'è un insieme di teorie (per esempio il modello standard "classico", ma anche tutta la serie di teorie supersimmetriche) che prevedono valori e caratteristiche diverse per questo bosone di Higgs. La misura delle caratteristiche permetterebbe di fare un po' di scrematura in queste teorie.
L'importanza di questo bosone, oltre a rendere consistente il modello standard, è che è legato al cosiddetto "meccanismo di Higgs", di cui una estensione permette di spiegare la massa dei fermioni, che nel MS sono parametri messi a mano. Il punto è che anche in questo "meccanismo esteso di Higgs" ci sono dei parametri ad hoc (il che lo rende non eccezionalmente predittivo), da cui l'importanza di individuare il più precisamente possibile le caratteristiche di questa particella.
Si, avevo immaginato che la seconda risposta potesse essere complessa ma ci ho provato lo stesso! Ora è un po' più chiaro, grazie per la pazienza!
RispondiEliminaInsomma, come per tutte le scoperte scientifiche, abbiamo aperto una porta ma siamo finiti nel corridoio di un albergo!
un po' si, ma è anche il bello della ricerca!
RispondiEliminaLa domanda non è per niente low-level, ma la risposta per forza di cose lo è ;-)
RispondiEliminaDiciamo che secondo la teoria, esiste un campo (detto guarda caso campo di Higgs) che permea tutto lo spazio, con un valore diverso da zero. L'interazione di questo campo con le diverse particelle conferirebbe loro una certa massa, che dipende dalla particella. Il paragone che si fa normalmente è quello di qualcuno che si muove in un fluido viscoso, quanto più è "grosso", tanta più resistenza incontra. Questa "resistenza" rappresenta proprio la massa della particella.
Visualizzazione del Campo di higgs
Ora, dalla meccanica quantistica sappiamo anche che ad ogni campo corrisponde un bosone portatore di forza: il fotone per quella elettromagnetica, il tripletto W+, W-, Z0 per quella debole (è per la scoperta della Z0 che Rubbia prese il Nobel... il secolo scorso) e i gluoni per la forza forte. Resta l'ipotetico gravitone per il campo gravitazionale.
Di qui l'importanza enorme di capire se il bosone di Higgs esiste o no.
Ragazzi è un piacere vedervi discutere così amabilmente di fisica delle particelle! E il fatto che Alessandro Berra sia "lento" nel rispondere è segno che il suo fascio è tornato "su" il che è un altro buon segno!!!
RispondiEliminaPausa pranzo? :-)
RispondiEliminaCome vedi ce la caviamo bene. Sperando che nessuno tiri fuori lagrangiane di interazione... ;-)
Assolutamente d'accordo!
RispondiEliminaAssolutamente vero!
RispondiEliminaScusate l'intromissione di un semplice appassionato in un consesso di esperti, ma questa faccenda del Bosone mi intriga e vorrei porre alcune domande, sicuramente fuori luogo. Me ne scuso in anticipo 1) Dal poco che sono riuscito a leggere sui giornali, mi pare di capire che il concetto di "materia" non sia sovrapponiibile a quello di "massa" come siamo empiricamente abituati a pensare. E' vero? 2) Se questo è vero, qualcuno mi sa dire in cosa consista una particella prima di interagire con il campo di Higgs? Può essere considerata "materia" pur non avendo una massa? 3) Se non possiede ancora ancora una massa, quali "caratteristiche" della particella, al suo passaggio all'interno di un campo di Higgs, interagiscono con il campo stesso? 4) Il conferimento di massa alle particelle è un processo "una tantum" avvenuto dopo il big bang o è sempre in atto comportando continua creazione di materia dal nulla? ( ammesso che qualcosa ancora privo di massa possa essere considerato "nulla") 5) Se le particelle ricevono la loro massa dall'interazione col campo di Higgs creato dai Bosoni, cosa conferisce massa ai Bosoni stessi? ( immagino che qui si sconfini nella religione ). Grazie per la pazienza ed eventuali risposte. Stefano
RispondiEliminaProvo a rispondere a qualche domanda, per risposte più precise ci vorrebbe un esperto del modello di Higgs, che non sono certo io...
RispondiEliminaInnanzitutto, la domanda più "religiosa" è in realtà la prima o la seconda, perché conduce direttamente a porsi la questione di "cose'è in realtà una particella"? Ora, schiere di studiosi ;-) ti risponderanno con certezza che si tratta di corde di energia (o stringhe se preferisci) attorcigliate, ma in realtà nessuno lo sa. In effetti potremmo anche essere costretti a rispondere che una particella è "l'insieme di proprietà che misuriamo". Come vedi, qui si sconfina davvero nella filosofia.
Per la terza domanda, non bisogna incorrere nell'errore di pensare che la massa sia l'unico modo di interagire con un campo. E' solo quello più sotto gli occhi di tutti, e neanche tanto vero. Le particelle interagiscono con il campo elettromagnetico, con il campo debole (alcune) e con il campo forte (altre). Dunque, niente di strano in principio che possano interagire anche con un campo di Higgs. Il conferimento di massa è un processo continuo, nel senso che è proprio come l'analogia del nuotatore che ho riportato più sotto: è il fatto di essere immerso nel campo (o in altri termini, di interagire con il bosone di Higgs) che conferisce massa al corpo. Ma il campo permea tutto, quindi le particelle hanno sempre massa.
L'ultima domanda è invece la più semplice e la meno esotica: cosa impedisce ai bosoni di Higgs di interagire con sé stessi? E' cosa comune in realtà, e l'unica eccezione è il fotone, che pur essendo il portatore del campo elettromagnetico non è carico lui stesso. Ma per la forza forte, per esempio, hai ben 9 gluoni che interagiscono allegramente fra loro, cosa fra l'altro che complica parecchio i calcoli.
In effetti, si potrebbe portare un'analogia con la forza forte (non me ne vogliano i puristi per quello che sto per dire! :-) ). Il protone si puo' pensare come una sfera in cui tre quark sono tenuti insieme da una specie di "melassa" di gluoni - il nome non è casuale, dopotutto - che interagiscono fra loro e con i quark, e che tengono il tutto insieme. In modo simile, secondo il modello di Higgs, l'universo dovrebbe essere pensato coma una immensa "melassa" formata dal campo di Higgs, in cui le particelle si muovono più o meno bene. E' una sorta di inerzia del corpo a muoversi nel campo.
Ma ora a me viene una domanda: come si concilia il meccanismo di Higgs con l'equivalenza fra massa e energia di Einstein? Come il meccanismo di Higgs spiega la conversione massa <-> energia?
ValerianoB ti ha già risposto, vorrei solo aggiungere che il bosone di Higgs interagisce anche con se stesso (cosiddetto Higgs self-couplings) da cui la sua massa.
RispondiEliminale cose si fanno complesse, ma il meccanismo di Higgs fu inizialmente introdotto per spiegare come mai i bosoni di gauge, ovvero le particelle che mediano le forse fondamentali (fotoni, gluoni, W, Z) hanno masse così diverse (electroweak symmetry breaking) e solo in un momento successivo fu esteso a dare la massa a tutte le altre particelle.
la massa è una proprietà delle particelle, non certo l'unica. come esistono particelle con una carica elettrica e altre no, esistono particelle con massa e altre no!
il bosone di Higgs interagisce anche con se stesso
RispondiEliminaL'ho detto in manera troppo criptica? :-D
Visti i recenti risultati mi verrebbe dire che i fermioni hanno tutti massa, e sono i bosono che possono avere massa nulla.
Intrigante.
il tuo esempio del corridoio dell'albergo è fenomenale, mi sa che te lo rubo
RispondiEliminaahah, vero e si puo' anche sviluppare. Alcune porte danno su stanze, altre su intrichi di corridoi labirintici, altre su splendide vedute che si dimostrano finte...
RispondiEliminae altre alle toilettes :-)
In realta' sulla home-page del SPS capeggia una bella scritta "vacuum leak", il che non solo significa che il fascio e' ancora giu, ma che sono tornato a Como perche' ci sono ben poche speranze che torni su! E fra viaggio e fasci mi son perso qualche domanda...ma come vedo sono state tutte risposte in maniera egregia!
RispondiEliminaGrazie Valeriano e Toto per le vostre risposte; molto chiare anche per un profano. La domanda di Valeriano sulla conciliabilità fra il modello di Higgs e la legge che lega la massa all'energia ( Einstein) la trovo particolarmente intrigante. Se Valeriano riesce ad avere una risposta mi piacerebbe conoscerla. Se la massa è una caratteristica conferita alle particelle dal campo di Higgs e le particelle, in assenza di campo, sono semplici "stringhe" di energia attorcigliata su se stessa, mi piacerebbe sapere cosa resta di E = mc2 in un universo antecedente alla formazione del campo stesso. Mi resta una curiosità Valeriano, riguardo una delle tue spiegazioni; se il conferimento della proprietà " massa" alle particelle è frutto della costante interzione fra queste e il campo di Higgs, e non è, quindi, una qualità assegnata in maniera definitiva e irreversibile, sarebbe pensabile, in via ipotetica, annullando gli effetti del campo in una determinata porzione di spazio, che le particelle e gli oggetti di cui sono composti vengano a perdere la loro massa? Grazie ancora per le risposte. Stefano
RispondiEliminaE' bene notare a questo punto che il "meccanismo di Higgs" è un qualcosa di più generale che ha a che fare con la rottura spontanea di simmetria, nato essenzialmente come dice toto per giustificare le masse dei bosoni deboli.
RispondiEliminaIl campo di Higgs di cui si parla qui è una cosa diversa, ed è introdotto per dare una massa ai fermioni.
E vale la pena sottolineare anche che il campo di Higgs di cui si parla in cosmologia utilizzato per giustificare l'inflazione è a priori un campo diverso da quello di cui si parla qui...
Diciamo che si chiama generalmente campo di Higgs ogni campo che si introduce quando si impone un meccanismo di Higgs.
Purtroppo non ho una risposta (era una domanda vera), perché non conosco il meccanismo di Higgs con sufficiente dettaglio.
RispondiEliminaA parte che sembri prendere per scontata la teoria delle corde quando parli di "stringhe di energia" (la mia era solo una citazione en passant), il campo di Higgs di cui parliamo qui dovrebbe essere connaturato con l'universo e non mi sembra sia possibile annularne gli effetti localmente. In effetti, credo non si possa interagire direttamente con il campo di Higgs, è un qualcosa di fissato sullo sfondo che fa sentire la sua presenza tramite la massa delle particelle.
Per questo mi chiedevo come conciliarla con la relazione di E=mc^2.
Cerco un esperto sui campi di Higgs per le domande che si fanno via via più precise, mica ne sai qualcosa?
RispondiEliminaValerianoB, non ricordo più in quale post ne parlavamo, o magari era una mail. Ti ricordi dell'anomalia vista da CMS nel canale tau-tau che potrebbe essere spiegata con un Higgs non-SM?
RispondiEliminaEcco qui le slide di approfondimento a ICHEP2012:
http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=436&sessionId=53&resId=0&materialId=slides&confId=181298
Ti metto qui sotto la slide finale delle conclusioni
http://img27.imageshack.us/img27/5223/tautau.png
Interessante, le slide sono davvero dettagliate!
RispondiEliminaE' difficile ipotizzare qualcosa. In effetti c'è sempre la porta aperta sul fatto che lo Higgs è la, ma non si comporta esattamente come la teoria prevede.
Stay tuned, come si dice.
Orpo, qui servirebbe un teorico allora!...tutto quello che so io del campo di higgs sono gli argomenti standard dell'esame di fisica delle interazioni elettrodeboli
RispondiEliminauhm, mi sa che non basta...
RispondiEliminaEsiste un esame che si chiama "fisica delle interazioni deboli"? Quando l'ho fatto io questi argomenti (modello a quark statico, interazioni elettrodeboli, modello a partoni, diagrammi di Feynmann e via discorrendo) erano, fra l'altro, nel corso di Fisica Superiore.
Ha ancora senso parlare di SUSY? Il teorico Raman Sundrum, ci fa un riassunto dello stato attuale della supersimmetria con i nuovi vincoli imposti dalle (non) scoperte di LHC. Il futuro è ancora molto incerto e mi raccomando non lamentatevi della font, non è Comic Sans
RispondiEliminahttp://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=830&sessionId=18&resId=0&materialId=slides&confId=181298
non è "Comic sans", è "Comic avec"... :-)
RispondiEliminaSi beh, con la divisione in laurea triennale e specialistica hanno un po spezzato diversi corsi della vecchia laurea quadriennale. Nel corso di elettrodebole (parlo del corso a Mi-Bicocca, poi altre universita' magari hanno programmi diversi), si seguiva essenzialmente l'Halzen-Martin: un po di elettrodinamica per particelle a vari spin, interazione debole (partendo dal modello di Fermi + regola d'oro), teoria elettrodebole (piu' calcolo di qualche sezione d'urto) e weinberg-salam model, dove ti spiegavano il meccanismo di Higgs.
RispondiEliminaLa parte di QCD (in maniera molto limitata) con modello a partoni + GIM + CKM l'abbiamo fatta in un altro corso tenuto qui all'insubria. Non ho provato ovviamente, ma credo che la vecchia formulazione dei 4 anni fosse sicuramente fatta meglio e piu' "organica", ma tant'e'...
Il mitico Halzen & Martin con la copertina nera, eccome se non lo conosco! Ci passai su le vacanze di Natale nell'ormai lontano 1992, mi pare. Mi spolparono 80$, che all'epoca era tanto, ma è un buon testo di base.
RispondiEliminaChi prendeva la strada particelle elementari poi in genere passava al Perkins e quelli che se la sentivano potevano osare il Bjorken & Drell.
E' vero anche che il programma del nostro Fisica Superiore a Napoli era anche abbastanza nutrito rispetto ad altre università, dove a volte capitava che facessero solo Elettromagnetismo, quello del Jackson pe rintenderci.
Non conosco la nuova formulazione, ma ho l'impressione che si cerca di mettere un po' di tutto a caso nei primi tre anni e poi si riprendono le cose meglio negli altre due. Mah, io sono per il vecchio ordinamento semestrale, neanche annuale, sarà perché è quello che ho fatto io.
Il mitico Halzen & Martin con la copertina nera, eccome se non lo conosco! Ci passai su le vacanze di Natale nell'ormai lontano 1992, mi pare. Mi spolparono 80$, che all'epoca era tanto, ma è un buon testo di base.
RispondiEliminaChi prendeva la strada particelle elementari poi in genere passava al Perkins e quelli che se la sentivano potevano osare il Bjorken & Drell.
E' vero anche che il programma del nostro Fisica Superiore a Napoli era anche abbastanza nutrito rispetto ad altre università, dove a volte capitava che facessero solo Elettromagnetismo, quello del Jackson pe rintenderci.
Non conosco la nuova formulazione, ma ho l'impressione che si cerca di mettere un po' di tutto a caso nei primi tre anni e poi si riprendono le cose meglio negli altre due. Mah, io sono per il vecchio ordinamento semestrale, neanche annuale, sarà perché è quello che ho fatto io.
Senza la spiegazione di Sundrum dietro onestamente trovo difficile seguire le slides...
RispondiEliminaVale la pena di leggere quanto scritto da @CasolinoMarco sul Bosone e sulla Spending Review
RispondiEliminahttp://marco-casolino.blogspot.it/2012/07/dopo-lhiggs-il-buco-nero-ovvero-i-tagli.html
Assolutamente! (geniale la SA-RC con le trasformazioni di Lorentz!)
RispondiEliminaero sicuro ti sarebbe piaciuto!
RispondiElimina