Incontro di Pesi Massimi
Era una sfida aperta da parecchio tempo: osservare con precisione l’interazione del bosone di Higgs con il quark top, le due particelle elementari più pesanti conosciute finora. (La massa dell\’Higgs è oltre 130 volte quella del protone, mentre il quark top ha la massa di più di 180 protoni).
Fino a poco tempo fa le sole misure sufficientemente significative erano indirette. Soltanto l\’8 Aprile 2018 la collaborazione CMS ha potuto dichiarare l\’osservazione di un numero significativo di eventi in cui il bosone di Higgs interagiva direttamente con un quark top e la sua antiparticella, l\’antitop.
La misura, subito sottomessa alla prestigosa rivista \”Physical Review Letters\”, è stata pubblicata questa settimana, indicata come \”Editor\’s Suggestion\”. Vista la rilevanza del risultato, la rivista ha anche pubblicato un articolo di commento.
Il risultato, confermato in questi giorni da una misura indipendente dell\’esperimento ATLAS, è stato presentato lunedì 4 giugno dal Prof. Carlin, ordinario di Fisica Generale presso l\’Università di Padova ed \”elected spokeperson\” dell\’esperimento CMS, durante la conferenza internazionale \”Large Hadron Collider Physics\”. La conferenza, organizzata dall’INFN e dal CERN, si svolge per la prima volta in Italia, a Bologna, e vede riuniti oltre 400 fisici da tutto il mondo.
Alle attività dell\’esperimento CMS contribuisce una nutrita schiera di ricercatori dell\’ateneo e della nostra Sezione.
Il bosone di Higgs, la cui scoperta è stata annunciata a luglio 2012 da CMS e ATLAS, è la chiave di volta della teoria elettrodebole delle interazioni fondamentali: in questo ambito ciascuna particella elementare acquista massa proprio in seguito all\’interazione con il bosone. Esiste pertanto una relazione semplice tra la massa di ciascuna particella e l\’intensità dell\’accoppiamento.
La frequenza degli eventi in cui il bosone di Higgs interagisce con una copia top-antitop varia con la forza dell\’interazione, vale a dire dell’accoppiamento tra il bosone di Higgs e i quark top, e la sua misura consente di dedurre il valore di questo accoppiamento.
Misurare il processo di produzione di questo tipo di evento, chiamato ttH dai fisici, è però molto difficile perché è raro: solo l’1% dei bosoni di Higgs viene prodotto in associazione con due quark top e, inoltre, il bosone di Higgs e i quark top decadono in altre particelle in molti modi complessi.
Usando i dati delle collisioni protone-protone raccolte all’energia di 7, 8 e 13 TeV, i ricercatori di CMS hanno eseguito diverse ricerche indipendenti per la produzione di ttH, ciascuna indirizzata a diversi modi di decadimento del bosone di Higgs (in bosoni W, bosoni Z, fotoni, leptoni tau e getti da quark bottom). Per massimizzare la sensibilità al segnale ttH, i risultati di tutte le ricerche sono stati combinati in un unico valore finale, che conferma le previsioni della teoria con una precisione relativa del 25%.
\”Abbiamo conseguito un risultato che pensavamo possibile solo con la seconda fase di LHC, e che ci proietta dal processo di scoperta a quello degli studi di precisione. Ci aspetta un programma di ricerca affascinante ed impegnativo: entro i prossimi quindici anni avremo accumulato un campione di eventi pari a circa quaranta volte quelli analizzati finora, con un rivelatore migliore di quello attuale. Potremo spingere la precisione delle nostre misure al livello del percento, osservare l\’accoppiamento a particelle leggere come i muoni, e anche l\’autointerazione dell\’Higgs: oltre a stabilire con precisione il meccanismo di formazione della massa, questo getterà luce sulla natura delle possibili estensioni della teoria elettrodebole e guiderà i passi successivi della fisica agli acceleratori\”, afferma il Prof. Carlin.
