Tevatron, duro a morire

Technicolor o “Al lupo! Al lupo!”?

di Andrea Signori

Al Fermilab, laboratorio di fisica delle alte energie a Batavia, nell’Illinois, non dimenticheranno facilmente la settimana appena trascorsa. O almeno questo è quello che gli scienziati sperano. Infatti sul Lago Michigan tira vento di chiusura per taglio di fondi e un forte claim sarebbe un vero toccasana per il Tevatron, il collisionatore adronico statunitense.

Al di là dei pensieri maliziosi, l’articolo presentato dalla collaborazione CDF (Collider Detector at Fermilab) alla comunità scientifica riporta l’”evidenza sperimentale” di una nuova particella con una massa di circa 145 GeV. In un momento così delicato per la fisica delle particelle (stiamo tutti un po’ snocciolando collisioni insieme a LHC…) è normale che la notizia abbia goduto di una grande risonanza mediatica. Ma che cos’hanno visto i fisici americani?

Al Tevatron si studiano le collisioni protone-antiprotone. Gli scienziati hanno analizzato in particolare il processo con produzione di due jet adronici e di un bosone W, mediatore della forza debole. Il grafico della sezione d’urto (cioè la grandezza collegata alla probabilità di realizzazione) per i due jet è fortemente piccato attorno a 80 GeV, cioè alla massa della particella W. Ciò è sensato, poiché si ha un’alta probabilità che i jet provengano da una W.

Il rivelatore che analizza le collisioni fra protoni e antiprotoni. (Cortesia: CDF Collaboration)

In questa pubblicazione però fa bella mostra di sé anche un inaspettato picco della sezione d’urto attorno a 145 GeV, come se ci fosse una particella mediatrice del processo che si sostituisce alla W in un gran numero di urti. Ma quale particella? I calcoli effettuati mostrano chiaramente che non può trattarsi del sospirato bosone di Higgs. Infatti “il picco dovrebbe essere almeno 300 volte meno pronunciato”, stima Rob Roser, portavoce della collaborazione. Questo a causa delle deboli costanti di accoppiamento dell’Higgs. Inoltre non c’è traccia nei dati sperimentali delle particelle in cui l’Higgs decade preferenzialmente: quark e antiquark bottom, i più massivi. Quindi, almeno per il momento, niente Higgs. E non è l’unico grande escluso: anche le particelle supersimmetriche sembrano essere fuori dalla partita. Ma… allora? Che cosa potrebbe essere questo bump energetico di 145 GeV?

La sezione d'urto di produzione dei due jet in funzione della massa invariante: il grande picco attorno alla massa del bosone W a 80 GeV e il picco secondario in corrispondenza dell'ipotetica nuova particella a 145 GeV. (Cortesia: CDF collaboration)

E’ stato sufficiente attendere solo due giorni ed ecco un gruppo di teorici-fenomenologi che pubblica un articolo sull’interpretazione dei dati alla luce di una teoria nuova o di un’altra già decaduta e confinata alla sfera speculativa. Kenneth Lane, dell’Università di Boston, e Adam Martin ed Estia J. Eichten, del Dipartimento di Fisica Teorica del Fermilab, suggeriscono che il nuovo arrivato sia il technipione, una particella presente nelle estensioni del Modello Standard note come “teorie di technicolor”. In questo contesto non ci sarebbe bisogno di alcun bosone di Higgs. Le masse delle particelle conosciute, infatti, sarebbero riconducibili alla dinamica dei mediatori della techniforza, una forza fondamentale molto simile a quella nucleare forte. Tuttavia, se per alcuni le teorie di technicolor sono molto invitanti, per la maggioranza dei fisici è molto grave che non prevedano l’unificazione delle forze ad altissime energie.

Comunque, al di là della plausibilità e della veridicità della teoria speculativa con cui si interpretano i dati, restano parecchi dubbi sul piano sperimentale. Il campione statistico è davvero così significativo? Il team di CDF afferma di essere già in possesso del doppio dei dati sperimentali utilizzati per questa prima pubblicazione. “Già entro il mese prossimo li utilizzeremo per confermare o smentire il nostro risultato”, annuncia Rob Roser. “Tuttavia è molto probabile che, proseguendo la raccolta dei dati e arricchendo la statistica il fenomeno, rientri”, commenta Guido Montagna, professore di fenomenologia delle particelle elementari presso l’Università di Pavia. “Non sarebbe la prima volta che una ‘evidenza’ come quella riportata dalla ricerca del Fermilab ’si sgonfia’ anziché diventare una vera e propria scoperta. La storia di LEP lo dimostra”.

Un’altra ipotesi verosimile è che ci sia un errore sistematico negli algoritmi utilizzati per leggere il rumore di fondo: processi previsti dal Modello Standard rilevati dal detector ma non interessanti nello specifico esperimento. In questo caso, una miglioria in questo settore gioverebbe all’intera fisica della particelle e non solo al Tevatron.

Per capire quale sia la vera natura di questa nuova “evidenza” non resta che aspettare i controlli incrociati nel resto del mondo: LHC è avvisato.

CDF Collaboration, & T. Aaltonen (2011). Invariant Mass Distribution of Jet Pairs Produced in Association with a
W boson in ppbar Collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV arXiv arXiv: 1104.0699v1

Estia J. Eichten, Kenneth Lane, & Adam Martin (2011). Technicolor at the Tevatron arXiv arXiv: 1104.0976v1