Il Bosone di Higgs c'è... probabilmente!

Non possiamo escludere che il bosone di Higg esista. Anzi, ci sono buone probabilità che ci sia, con una massa di circa 125 GeV. Tuttavia la certezza assoluta ancora non c'è.

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Il gigantesco rivelatore ATLAS.

Tutto sul bosone di Higgs

Notizie, approfondimenti e multimedia nel nostro dossier dedicato al bosone di Higgs.

Alla fine, dopo una settimana di indiscrezioni, l'annuncio degli scienziati del CERN è arrivato. Confermando le voci di corridoio: non possiamo escludere che il bosone di Higg esista. Anzi, ci sono buone probabilità che ci sia, con una massa di circa 125 GeV.
Tuttavia la certezza assoluta ancora non c'è, manca la prova diretta della sua esistenza. Per averla occorrerà aspettare ancora. E registrare nuove collisioni di protoni ad alta energia (finora sono stati circa 200 mila miliardi, un numero enorme ma insufficiente), al fine di avere dati statisticamente affidabili.

L'annuncio dei risultati
Ma andiamo con ordine: in un auditorium del CERN pieno all’inverosimile si è svolta oggi la Conferenza dei portavoce di ATLAS e CMS, gli esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) che avevano compito di trovare evidenze dell'esistenza del bosone di Higgs, una particella fondamentale da cui dipende la massa di tutte le altre particelle, prevista in teoria, ma che non è mai stata osservata.
I risultati dell'esperimento ATLAS, presentati da Fabiola Gianotti, sono i più promettenti. Il rivelatore ha registrato un numero statisticamente significativo di segnali che mostrano l’evidenza di qualcosa che potrebbe essere un Higgs con una massa attorno ai 126 GeV.

Statistica insufficiente per conclusioni definitive
La statistica è sì significativa, ma ancora insufficiente a una conferma definitiva e infatti Fabiola Gianotti, ha sottolineato come le misure non siano ancora abbastanza buone per rivendicare la scoperta della particella di Higgs. Proviamo a entrare nel dettaglio: ATLAS ha registrato l'Higgs a 126 GeV con una significatività statistica di 3,6 sigma. Il sigma è un numero collegato alla probabilità che il valore sia vero, senza errori dovuti al caso. Un fenomeno viene considerato statisticamente significativo quando supera i 3 sigma (come nel caso dei risultati di ATLAS) e questa situazione corrisponde ad un livello di confidenza del 99.7%, al fatto cioè che confidate nella circostanza che i vostri risultati siano dovuti al caso con una probabilità di solo lo 0.3%. Sopra i 3 sigma si può insomma dire di aver raggiunto un’evidenza sperimentale ma è solo quando riuscite ad arrivare ai 5 sigma, cioè ad un livello di confidenza del 99.99994%, che siete autorizzati a parlare di scoperta. È proprio questo l’obiettivo che va raggiunto per avere la certezza che le tracce rilevate siano proprio il bosone di Higgs (vedi post nel blog).
I risultati di CMS sono abbastanza simili nella misura della massa, 124 GeV, ma con una significatività statistica peggiore, ovvero 2,4 sigma.

Che cosa ci dobbiamo aspettare?

I risultati, pur non essendo definitivi, sono però importanti per almeno tre motivi.
Prima di tutto ci dicono dove cercare il bosone di Higgs. Sembra infatti avere una massa intorno ai 124-126 GeV. E questo rende il lavoro più semplice e veloce: si è ristretto il campo di indagine.
Inoltre i dati statistici confermano che è solo questione di tempo: con più scontri, più dati e più tempo per compiere le analisi si potrà confermare se esiste il bosone di Higgs. In altre parole: se il segnale registrato con 3,6 sigma è reale, sarà confermato dai nuovi esperimenti.
Iinfine, sebbene i dati dei due esperimenti – analizzati singolarmente – non siano conclusivi, potrebbero esserlo se analizzati congiuntamente.
Insomma, la caccia non si è conclusa, ma entra nel vivo.
Proprio per questo la presentazione è stata conclusa dal Direttore Generale del CERN con queste parole: "Tenete a mente questi sono risultati preliminari. Tenete a mente che questi sono numeri piccoli. Tenete a mente che ci sono misure in cantiere il prossimo anno ... Non lo abbiamo ancora trovato. Non lo abbiamo ancora escluso."

Qui di seguito abbiamo raccolto una serie di domande e risposte per capire meglio la notizia.


Che cos'è il bosone di Higgs?

È una particella che riveste un ruolo estremamente importante nel Modello Standard, la teoria che descrive le particelle subatomiche e le loro interazioni. Si tratta della manifestazione materiale di un campo di energia, il campo di Higgs, che pervade l’intero universo e fornisce la massa a tutte le particelle note.
(Guarda il multimedia su LHC e il bosone di Higgs)

Come si può rivelare?
Il problema è che noi non conosciamo la massa del bosone di Higgs e questo lo rende più difficile da identificare. La ricerca dell’Higgs è condotta da due team del Large Hadron Collider del CERN di Ginevra, CMS (Compact Muon Solenoid) ed ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). Il collider, costruito all'interno di un tunnel sotterraneo lungo 27 km, accelera fasci di protoni e ioni pesanti che raggiungono una velocità prossima a quella della luce. Il loro scontro produce numerosissime particelle le cui proprietà sono misurate dai rivelatori. ATLAS e CMS sono situati nei punti dove avvengono le collisioni dei fasci.
(Leggi anche: La macchina che cerca Dio, da Focus 181 - Intervista a Michelangelo Mangano)

Cosa ci dobbiamo aspettare dal seminario di oggi?
LHC è stato costruito per cercare una risposta definitiva sull’Higgs. Prima o poi questo accadrà ma sicuramente non oggi. I dati raccolti da ATLAS e CMS saranno completamente analizzati e controllati solo nel 2012, quelli che  presentati oggi sono solo risultati preliminari che  mostrare l’evidenza di qualcosa che potrebbe essere un Higgs con una massa attorno ai 125 GeV.
Quello che è importante sapere su questi dati è che non solo la statistica non è sufficiente per dichiarare un’eventuale scoperta ma che esistono anche altri processi che producono segnali come quelli eventualmente prodotti dal bosone di Higgs e si tratta di capirne a fondo l‘origine.
(leggi anche tutte le notizie del 2009/2010 sull'avanzamento degli esperimenti)

Se i risultati non venissero confermati, che cosa dovremmo aspettarci?
L’Higgs è stato escluso con un livello di confidenza del 95% nella regione di massa tra 141 e 476 GeV e le misure più recenti si sono concentrate in un ristretto intervallo di massa, tra 115 e 140 gigaelettronvolt. Se l’Higgs non si trova esistono vari scenari: L’Higgs esiste ma viene prodotto con difficoltà, in questo caso è sufficiente aspettare abbastanza a lungo e prima o poi sarà scoperto; l’Higgs esiste ma decade per vie non usuali, in questo caso serviranno nuovi modelli di analisi sia sperimentali che teorici; l’Higgs non c’è, lo scenario più complicato e saranno necessarie nuove idee teoriche e nuovi esperimenti in grado di scovarlo.

Che alternative ci potrebbero essere al bosone di Higgs?
Esistono modelli di fisica oltre il modello standard che prevedono meccanismi alternativi all’Higgs che danno massa alle particelle. Nelle teorie technicolor, per esempio, il bosone di Higgs non è più una particella ma un condensato di nuove particelle tenuto assieme da un nuovo tipo di interazione forte.

Che cos'è la supersimmetria? Questa scoperta conferma la teoria della supersimmetria?
La Meccanica Quantistica ha profonde implicazioni sulla natura delle particelle elementari, che si presentano in due grandi famiglie, i bosoni e i fermioni. La supersimmetria si basa su una simmetria non ancora riscontrata in natura, l’operazione che scambia i bosoni ed i fermioni e dà luogo ad un nuovo tipo di interazione. Se ci fosse la supersimmetria, una pletora di nuove particelle dovrebbe popolare gli esperimenti a LHC, tutti i partner supersimmetrici delle particelle che già conosciamo. Nessuna di queste è stata fino ad ora individuata sperimentalmente. L’eventualità di un Higgs a 125 GeV apre la possibilità che la Natura impieghi la supersimmetria per unificare le particelle e le interazioni.

13 Dicembre 2011 | Gian Mattia Bazzoli