Verso il bosone di Higgs e oltre

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G. Di Gregorio   20-12-2019    Leggi in PDF

Per molti anni la ricerca del bosone di Higgs è stato uno dei principali obiettivi della fisica delle alte energie. L'esistenza di questa particolare particella era stata predetta nel 1964 da Higgs, Brout ed Englert ma ci sono voluti quasi sessanta anni per scoprirla. Nel luglio del 2012 le collaborazioni ATLAS e CMS, due esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, hanno annunciato la prima osservazione del bosone di Higgs. Dopo questa scoperta, che ha rappresentato una pietra miliare per la comunità scientifica della fisica delle alte energie, ATLAS e CMS hanno iniziato a studiare le proprietà del bosone in modo da conoscerne ogni suo minimo dettaglio. Una delle caratteristiche di questa particella è che ha una vita media molto breve, decade in altre particelle e per questo si ricercano i suoi prodotti di decadimento. Il decadimento del bosone di Higgs in coppie di quark bottom rappresenta il 58% di tutti i possibili decadimenti. L'osservazione di questo decadimento ha messo a dura prova per anni gli esperimenti ai collisionatori adronici, dato l'ampio rumore di fondo che ha sempre reso difficile isolare gli eventi di segnale: sono stati necessari ben sei anni perché ATLAS e CMS potessero osservare con certezza questo particolare canale di decadimento.

Un modo per aumentare il rapporto fra il segnale e il fondo è quello di studiare la produzione associata del bosone di Higgs con un bosone vettore W o Z che decade a sua volta in leptoni. In Figura è mostrato l'esempio di un evento selezionato dall’analisi, dove sono presenti due leptoni carichi e due jet prodotti dai quark bottom. Grazie a sofisticate tecniche di analisi dati, nell’estate del 2018 la collaborazione ATLAS è riuscita a misurare la presenza del bosone di Higgs che decade in coppie di quark bottom: questo risultato è stato anche confermato dalla collaborazione CMS. ATLAS ha inoltre effettuato una misura della sezione d'urto di produzione del bosone di Higgs in associazione con un bosone vettore. I risultati sono in accordo con quanto previsto dal Modello Standard. 

La sfida però non finisce qui. I nuovi risultati mostrano che ci sono eventi che possono essere sensibili a effetti di nuova fisica. Questo ha catturato l'attenzione di molti ricercatori che al momento stanno sviluppando nuove tecniche di ricerca per ricostruire questi particolari eventi. In definitiva, "stay tuned" e vedremo insieme cosa ci riserva il futuro. Tutti i dettagli dell'analisi effettuata dalla collaborazione ATLAS sono stati pubblicati nella riviste Physics Letters B e Journal of High Energy Physics, mentre i dettagli dell'analisi effettuata da CMS sono stati pubblicati nella rivista Physical Review Letters.

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