Tevatron: nulla di fatto?

Nuova Fisica: “It’s back to the drawing board”

di Andrea Signori

Delusione. Perché, in fondo, chi non ci avrebbe sperato? Sarebbe potuta essere la prima scoperta sperimentale della Nuova Fisica, oltre il confortevole Modello Standard. E invece un due di picche: niente Nuova Fisica dal Nuovo Mondo. D0, la collaborazione scientifica sorella di CDF presso il Tevatron di Batavia, nell’Illinois, raffredda gli animi euforici. Infatti con un articolo in attesa di pubblicazione su “Physical Review Letters” annuncia che non esiste alcuna evidenza (per ora) del bump a 145 GeV che ha fatto sognare (o, meglio, non dormire) per mesi fisici sperimentali e teorici e di cui abbiamo già parlato in un articolo.

Ma com’è possibile che una particella “quasi scoperta” (con 4,8 sigma di confidenza) al detector di CDF scompaia letteralmente agli occhi degli scienziati di D0? E poi quale delle due collaborazioni ha ragione? Esiste questa nuova particella con massa 145 GeV oppure no? Rispondendo alla prima domanda si capisce come la seconda sia tutt’altro che scontata.

Il bump energetico intorno a 145 GeV evidenziato al detector di CDF. (Cortesia: Fermilab)

Qui invece niente bump. Dov'è l'errore? Di qua o di là? (Cortesia: Fermilab)

La collaborazione CDF fonda la propria tesi sull’analisi statistica di otto anni di dati di collisioni tra protoni e antiprotoni. Si utilizza un periodo di tempo così esteso perché gli eventi interessanti (produzione associata di bosone W e due jet adronici) sono mediati dalla forza elettrodebole, quindi molto rari rispetto a tutti gli altri eventi con interazione forte. Una volta prodotti in numero sufficiente, è necessario isolarli da tutti gli altri prima di procedere all’analisi. Come fare? Si utilizzano algoritmi complessi per setacciare le collisioni, così da eliminare tutti quei processi che forniscono lo stesso risultato con altri meccanismi, il cosiddetto “fondo” (in termini culinari: se ho voglia di torta con mele rosse, non mi basta sapere che una torta è di mele per comprarla, perché rischierei di acquistarne una cucinata con mele verdi).

Nel nostro precedente articolo raccomandavamo di non festeggiare anzitempo. In caso di risultato negativo da parte di D0 i principali indiziati di errore sarebbero stati proprio gli algoritmi di setaccio. Ogni detector ha il proprio, costruito ad hoc, e la ricerca delle cause per le discrepanze tra i risultati di CDF e D0 deve partire da qui. Infatti, assumendo che i due esperimenti abbiano analizzato le stesse interazioni (perché la Natura non si comporta in modo differente in laboratori distinti) e che gli scienziati abbiano agito correttamente (ipotesi basilare, ma esistono controesempi), in primo luogo potrebbe essere errata l’elaborazione dei dati ottenuti. Si prospetta quindi un lavoro certosino (e per giunta potenzialmente non definitivo). Sedersi intorno a un tavolo e confrontare ogni singola analisi dei dati è tutt’altro che un’incombenza semplice. Anche perché, in dieci anni di ricerche e 500 controlli incrociati, nel 99 per cento dei casi l’accordo tra i due gruppi è stato pieno.

Per ora quindi non è dato sapere se la fantomatica particella esista o meno. Serviranno mesi per avere risposte concrete dalla task force CDF-D0 creata al Fermilab, a meno che non intervenga un arbitro esterno. Per esempio… LHC! Già, chi potrebbe avere più voce in capitolo del collisionatore adronico del CERN? “Nessuno”, concordano Rob Roser e Dmitri Denisov, portavoce rispettivamente di CDF e D0.

Ma nello spirito di competizione scientifica che anima i due gruppi c’è spazio anche per un sano e costruttivo disaccordo. Roser sostiene l’opportunità di proseguire nella raccolta dati fino a settembre (momento della possibile chiusura del Tevatron) per poi effettuare una stima del fenomeno su una base sperimentale più ampia. Il portavoce di CDF, infatti, è scettico circa la possibilità di avere a breve un parere certo dal Large Hadron Collider: “Il fatto che facciano scontrare coppie di protoni e non di protoni e antiprotoni ridurrà le loro possibilità”. Al contrario, Denisov si dichiara soddisfatto del lavoro eseguito, ritenendo più importante concentrarsi su altri problemi, come la caccia al bosone di Higgs, magari scippando la scoperta proprio al CERN: ipotesi di cui abbiamo già parlato in un articolo. “Infatti”, spiega Denisov, “l’LHC potrà esercitare il suo ruolo di arbitro già nei prossimi mesi: funzionando a energie molto superiori a quelle del Tevatron, potrà accumulare dati sufficienti per dare il proprio parere a breve”. Ma qual è l’opinione dei ginevrini? Guido Tonelli, portavoce di CMS (Compact Muon Solenoid), è fiducioso: “Entro la fine di giugno dovremmo avere dati sufficienti per dare il nostro parere”.

Ipotesi, eccitazione, lavoro febbrile, rivalità, conferme e smentite, aria di chiusura per mancanza di fondi, colpi di scena: in questa vicenda ci sono tutti gli elementi per un “thriller scientifico”. Anche se la finestra sperimentale sulla Nuova Fisica resta (per il momento) un miraggio, spicca la soddisfazione di vedere il metodo scientifico all’opera in tutto il suo potere.