LHC: stop alle collisioni

Ma la caccia all’Higgs entra nel vivo

Conforta sapere che nel mondo ci sono posti dove si lavora sodo, con grinta e con passione per i risultati. Dove quando si è nel dubbio si chiede aiuto alla comunità scientifica. Uno di questi è il CERN, dove il 31 ottobre si sono positivamente concluse le collisioni tra protoni nel Large Hadron Collider (LHC), andando ben oltre le aspettative iniziali.

31 ottobre 2011, ore 11.45. Si spengono i fasci in LHC: "Proton physics program finished!". (Cortesia: borborigmi.org)

Infatti l’obiettivo per il 2011 era collezionare una quantità di dati pari a 1 femtobarn inverso. Ottenuto questo risultato già nel mese di giugno, si è continuato a snocciolare scontri tra protoni per tutta l’estate, superando quota 5 verso la fine di ottobre. “Obiettivo ampiamente raggiunto”, informano dal CERN con un comunicato-stampa ricco di speranze per i prossimi mesi, durante i quali ci si concentrerà principalmente sull’analisi statistica dei dati prodotti con le collisioni.

ATLAS e CMS hanno superato 1 femtobarn inverso in giugno e 5 femtobarn inversi in ottobre: un ottimo risultato. (Cortesia: borborigmi.org)

L’LHC comunque non cessa le sue attività: al collisionatore terranno banco gli scontri tra ioni pesanti (di piombo) per indagare le condizioni della materia nei primi istanti di vita dell’universo (il cosiddetto plasma di quark e gluoni).

Nelle tracce lasciate nei rivelatori di LHC si annidano le ultime conferme e le prime violazioni sperimentali del Modello Standard della fisica delle particelle: parliamo del bosone di Higgs e di particelle appartenenti a scenari ancora speculativi (supersimmetria, Technicolor eccetera).

Ma in sostanza in che cosa consiste l’analisi dati? Nello studio della compatibilità tra il risultato di un esperimento e la sua previsione teorica. Se il modello di cui dispongo mi dice che dovrei ottenere A mentre l’esperimento sentenzia B, non è il caso di buttare via il lavoro. Piuttosto è necessario studiare quanto A e B siano compatibili, cioè quanto la loro diversità sia imputabile unicamente a fluttuazioni di natura statistica (sempre presenti in Natura) piuttosto che a errori nella costruzione della teoria.

Allora il bosone di Higgs esiste o no? Il Modello Standard dice “Sì!”, senza però (ahinoi) fare previsioni sulla massa. E gli esperimenti? Si dovrà attendere l’analisi di tutti i dati raccolti nel 2011. Tuttavia ci sono già alcuni suggerimenti, con cui si spera che i risultati saranno compatibili. In ordine cronologico: gli studi effettuati al LEP (Large Electron Positron), predecessore dell’LHC, che escludono l’esistenza del bosone di Higgs con massa inferiore a 114 GeV, e alcune analisi già effettuate da ALICE e CMS che escludono al 95% (2 sigma di significatività) l’intervallo di massa compreso tra 145 e 400 GeV (riprendendo un risultato simile ottenuto al Tevatron negli anni scorsi). In sostanza ci si aspetta che il sospirato bosone abbia una massa compresa tra 114 e 145 GeV oppure che viva alla scala del TeV (come indicherebbero considerazioni di gerarchia e scetticismo sul cosiddetto fine-tuning). Di certo la pista estiva, che sembrava molto promettente in luglio (2,8 sigma di quasi-evidenza dell’Higgs a 120 GeV), in agosto si era già ridimensionata: arricchendo la statistica (cioè aggiungendo nuove collisioni all’analisi) si è avuto un calo della significatività a 2 sigma. Perciò niente da fare, per il momento. Tuttavia, sulla base dell’enorme quantità di dati collezionati in questi mesi, i fisici sono fiduciosi: “Si arriverà presto a una conclusione riguardo all’Higgs di Modello Standard”, scrivono al CERN.

Dal fronte “Nuova Fisica”, invece, ancora nessuna novità sperimentale significativa: nella nota diffusa si legge che “potrebbe essere necessario arrivare a 10 femtobarn inversi”. “Per il momento i dati sono meno interessanti di quanto avremmo sperato”, commenta Adam Falkowski, fisico teorico presso il KITP e il gruppo di teoria del CERN. “Tuttavia”, prosegue, “proprio il ‘settore dell’Higgs’ potrebbe essere il primo inaspettato scenario di nuova fisica: infatti costruire il Modello Standard sulla base di un solo bosone di Higgs risolve alcuni problemi ma ne apre altri“.

La scoperta sarebbe un chiaro successo per il CERN: merito, soddisfazione, notorietà scientifica eccetera. Ma un risultato negativo sarebbe ancora più interessante per gli addetti ai lavori: l’elusiva ma necessaria Nuova Fisica, infatti, partirebbe sicuramente da lì.