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Higgs, il bosone si fa attendere

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A luglio, a Parigi, alla biennale Conferenza di fisica delle Alte Energie (ICHEP 2010), i due esperimenti in corso al Tevatron (CDF e D0), ciascuno forte di oltre 400 ricercatori (tra i quali oltre 50 appartenenti a strutture dell'Istituto Nazionale di Fisicia Nucleare ed università italiane che partecipano a CDF), hanno presentato i risultati delle loro ricerche della particella di Higgs, il bosone che, nel modello standard delle particelle elementari, fornisce massa ai fermioni noti. Nessuna delle due Collaborazioni ha riportato alcun segnale positivo ma il risultato più interessante è che, dalla combinazione delle loro ricerche, la particella di Higgs è esclusa nella regione di massa tra 158 e 175 GeV/c2 al 95 % C.L. Viene inoltre confermato il limite degli esperimenti di LEP per masse dell’Higgs tra 100 e 109 GeV/c2. L’importanza di questo risultato va al di la dei semplici numeri.

Innanzitutto è una conferma, da ricerche dirette, dei risultati che otteniamo da misure di precisione di processi che, nel modello standard delle particelle elementari, sono influenzati dalla presenza del bosone di Higgs. Queste misure indicano (indirettamente) che questa particella dovrebbe avere una massa relativamente bassa (in effetti il valore più probabile è addirittura inferiore al limite di 114 GeV/c2 ottenuto dalle ricerche dirette del bosone di Higgs al LEP alla fine del secolo scorso).

C’è poi un importante aspetto che riguarda, invece, gli esperimenti ad LHC (ATLAS e CMS in primo luogo). I due esperimenti sono ottimizzati per cercare il bosone di Higgs in un ampio spettro di masse. Però nella regione compresa tra 130 e 200 GeV/c2 (dove il decadimento avviene principalmente in coppie di W e Z), grazie alla limpidezza dello stato finale, gli esperimenti al CERN sono in grado di sfruttare appieno il vantaggio di operare ad una maggiore energia nel centro di massa (ora 7 e poi 10 infine 14 TeV contro gli 1.96 del Tevatron), e questo si traduce direttamente in una più grande sezione d’urto di produzione del bosone. Quindi è in questa zona che si concentrano le speranze di una rapida scoperta dell’Higgs. Ora, dopo il risultato del Tevatron, appare possibile che il bosone si annidi (come da misure indirette) sotto ai 130 GeV/ c2. In questo caso la caccia ad ATLAS e CMS dovrà concentrarsi in un canale di decadimento molto raro (Higgs in due fotoni) e di conseguenza i tempi per una osservazione ad LHC si allungano.

Infine non va sottovalutato un aspetto che riguarda la sociologia dei grandi gruppi: a febbraio CDF e D0, per la prima volta dai tempi del LEP, misero un primo limite alla massa dell’Higgs da ricerche dirette. La combinazione dei risultati di due esperimenti così complessi non è mai semplice e deve fare i conti con molte differenze: da quelle degli stessi rivelatori (che possono affliggere in maniera diversa questo o quel canale) a quelle delle diverse strategie e percorsi di analisi, eccetera. Il fatto che le due Collaborazioni siano riuscite puntualmente a reiterare questo processo piuttosto complesso, e portarlo a termine in breve tempo, per essere presentato a Parigi, mostra che hanno oramai consolidato una prassi ed un percorso comune.

Resi baldanzosi da questo risultato i due esperimenti, lo scorso agosto, hanno portato al Physics Advisory Commiittee (Pac) di Fermilab una richiesta per estendere la vita del Tevatron (che doveva essere spento a fine settembre 2011) di altri tre anni per permettere loro di continuare la caccia all’Higgs, in aperta competizione con ATLAS e CMS anche nella regione tra i 110 ed i 130 GeV/c2. Il Pac ha accolto questa richiesta e a breve si saprà se il laboratorio intende perseguire questa strada.

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