Gita al CERN su Topolino #3136

@TopolinoIT goes to @CERN cc @marcodelmastro

Paperino e Paperoga vanno al CERN: dopo attenti controlli nessun cavo risulta staccato!

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Un paio di anni fa circa un gruppo di fumettisti capitanato da Andrea Plazzi era andato in gita al CERN. Il primo risultato di questo incontro è stato OraMai di Tuono Pettinato, uscito in occasione di Lucca Comics 2014. Sull'ultimo numero di Topolino del 2015 (o primo del 2016, dipende se si prende per buona la data d'uscita o quella indicata sulla copertina) ecco comparire una breve storia di 6 pagine di genere graphic journalism ad opera di Francesco Artibani e Giuseppe Ferrario che racconta in breve ai lettori del settimanale disneyano cos'è il CERN e cosa si sta facendo presso i suoi laboratori.

Acceleratori, particelle e bosoni

A guidare Paperino e Paperoga, i due inviati speciali disneyani, ci sono Antonella Del Rosso, editor del CERN Bulletin e del CERN Courier, Marco Delmastro, uno dei fisici di ATLAS, immagino noto ai lettori di DropSea e ultimamente anche ai lettori di fumetti, e Fabiola Gianotti, che dal 1° gennaio 2016 ricoprirà la carica di direttore del CERN anche grazie al ruolo centrale avuto nei giorni che annunciarono al mondo la scoperta del bosone di Higgs.
Le spiegazioni all'interno di Elementare, Paperino! sono belle, semplici ed efficaci e come nello stile di questi graphic reportage topolineschi Ferrario disegna i personaggi disneyani nel suo stile originale con un corredo di fotografie e illustrazioni ufficiali.
A farla da padrone è ATLAS, il grande rilevatore di particelle che insieme con CMS ha rilevato le tracce del bosone di Higgs che hanno permesso di completare la descrizione sperimentale prevista dal modello standard delle particelle elementari.

Ricordando, poi, il ruolo centrale del CERN nello sviluppo dell'architettura dietro il www, è a mio giudizio importante tanto quanto il ruolo scientifico ricoperto dai laboratori anche il ruolo di messaggero di pace, molto ben enfatizzato da un paio di vignette che sottolineano la provenienza mondiale dei fisici e ingegneri che collaborano al funzionamento di LHC.

Il bosone, lo spin e il gravitone

ATLAS ha rilasciato un lavoro, immagino allo stadio preliminare, sullo spin del nuovo bosone. I canali di decadimento esaminati sono gli ormai famosi 4: $H \rightarrow \gamma \gamma$, $H \rightarrow WW^*$, $H \rightarrow l\nu l\nu$, $H \rightarrow ZZ^* \rightarrow 4l$. L'idea è quella di combinare i dati dai 4 canali di decadimento per capire quale sia lo spin di questo nuovo bosone, in particolare per distinguere tra due casi, spin 0 ($J^P = 0^+$), e quindi un bosone compatibile con il Modello Standard, e spin 2 ($J^P = 2^+$), che potrebbe essere collegato con un modello (arXiv) che presenta un accoppiamento leggero tra i campi del Modello Standard e l'ipotetico gravitone.
Queste le conclusioni di ATLAS:

I dati sono in buon accordo con le distribuzioni attese di una particella con $J^P=0^+$ mentre il modello ispirato al gravitone con $J^P=2^+$, che ci si aspetta essere prodotto principalmente attraverso un processo di fusione gluonica, è escluso con un livello di confidenza di oltre il 99,9%.

Potremmo quindi dire che sta iniziando il processo di eliminazione dei modelli che dovrebbero guidare la ricerca della nuova fisica nei prossimi anni. Difficile ipotizzare che alla fine ne resterà solo uno, non è nella tradizione della fisica, ma nei tanti che restano un posto d'onore resterà sicuramente al Modello Standard, come lo studio di ATLAS sullo spin del nuovo bosone ha confermato ancora una volta.
Interessante, poi, notare come nel seminario tenuto ieri a Brera da Corrado Lamberti, parlando della SUSY, la teorie supersimmetrica che vorrebbe superare il Modello Standard con un balzo realmente storico, ha affermato qualcosa del tipo:

Il campo di Higgs spunterebbe naturalmente e non sarebbe una aggiunta al Modello Standard

E' in particolare nell'ultima parte che si sintetizzano tutte le critiche principali al bosone di Higgs e al meccanismo che ha permesso di scoprirlo: è sempre stato considerato una aggiunta non troppo naturale, o spontanea al Modello stesso. Forse l'intero problema andrebbe visto in questa prospettiva differente: non è il campo di Higgs a dover essere aggiunto al Modello Standard, ma piuttosto l'inverso, ovvero la matematica del Modello Standard che in qualche modo dovrebbe innestarsi o venir generata dalla matematica del campo di Higgs.

La donna dell'anno

(via Time)

Scoperta di un bosone

Ultimamente ho trascurato un po' i lettori di DropSea, concentrando gli sforzi dedicati al bosone di Higgs su Doc Madhattan, iniziando lunedì con i risultati definitivi di Tevatron. Direi, quindi, che è venuto il momento per me di unirmi ai commentatori italiani della faccenda, dopo che altri colleghi blogger hanno festeggiato l'evento con la tipica intelligenza e sobrietà degli scienziati, mentre i giornali uscivano con titoloni incredibili e a volte, obiettivamente, assurdi (leggetene uno dalle parti di Luca Di Fino).
Iniziamo con il riassumere la giornata di ieri (lo ammetto, ho quasi sbagliato la previsione, ma sono stato contento di essermi sbagliato, ad ogni modo): al mattino, a partire dalle 9, nell'auditorium del CERN a Ginevra i due esperimenti ATLAS e CMS, entrambi con grandi presenze italiane, hanno presentato gli ultimissimi risultati sulla ricerca sperimentale del bosone di Higgs.
A iniziare le danze è stato Joe Incandela per CMS, che con una voce che tremava dall'emozione ha mostrato dati, grafici e i risultati sull'eccesso già mostrato nel seminario tenutosi nella prima metà di dicembre 2011. Le novità, comuni anche con ATLAS, i cui dati sono stati presentati da una impeccabile Fabiola Gianotti (a me il Comic Sans piace!!!), rispetto a quella conferenza: il completamento dell'esame dei dati del 2011 e i dati dei primi sei mesi di collisioni del 2012. Il risultato è diventato evidente proprio grazie ai dati del 2012 (il completamento dei dati del 2011, come si vedrà in maniera evidente in una immagine successiva proposta proprio da ATLAS, sembrava andare addirittura verso un peggioramento nella qualità) e il motivo lo spiega molto bene Marco Delmastro:

nel 2012 si è fatto lo sforzo di portare questa energia [l'energia di collisione dei fasci nel centro di massa] a 8 TeV

Il motivo?

il ritmo di produzione atteso del bosone di Higgs aumenta con l'aumentare dell'energia delle collisioni, e aumenta di più di quanto non aumenti il ritmo di produzione di quasi tutti i rumori di fondo. In sostanza, a 8 TeV il rapporto segnale/rumore è più favorevole che a 7 TeV. Il che significa che, a parità di dati analizzati, a 8 TeV le probabilità di vedere un segnale aumentano, anche in modo sostanziale.

E proprio grazie a questa scelta ecco che i frutti vengono colti sia da CMS

sia da ATLAS

I risultati possono allora così essere riassunti: CMS vede un eccesso con massa $m_H = 125.3 \pm 0.6 GeV$ e una significatività di $4.9 \sigma$; ATLAS vede un eccesso con massa $m_H = 126.5 GeV$ e una significatività di $5.0 \sigma$.
Possiamo allora liberare la gioia: abbiamo visto una nuova particella!
Innanzitutto cerchiamo di capire questa faccenda dei sigma, che Marco spiega in una serie di tre post (lanciare i dadi, Il significato di un eccesso, Zone di rumore di fondo controllato) e che io cercherò, qui, di spiegare nel modo più breve e completo possibile.
La distribuzione maggiormente utilizzata per descrive gli eventi casuali (nel senso degli eventi in cui entra in gioco la probabilità) che ci circondano è la distribuzione gaussiana, una forma a campana il cui picco si trova nel punto a maggiore probabilità, quello che, se ripeti le misure più e più volte, scoprirai di aver trovato più spesso degli altri. La larghezza della campana viene misurata attraverso una quantità chiamata deviazione standard, la sigma, $\sigma$. Se alla fine del mio esperimento fornisco il dato della media della distribuzione e dico di fornirlo con una significatività di $1 \sigma$ sto affermando di aver coperto poco meno del 67% della campana. Infatti se mi sposto, a destra e a sinistra della media, di $1 \sigma$, avrò racchiuso poco meno del 67% dei punti appartenenti alla distribuzione. Già se arrivo a $3 \sigma$ ho coperto il 99.7% della campana, ovvero posso rendere conto del 99.7% dei dati contenuti nella mia distribuzione. Se però riesco a fornire il dato con una significatività di $5 \sigma$, allora quello che sto facendo è coprire il 99.99...% della distribuzione, ovvero quasi tutta la distribuzione a disposizione (ricordiamo che c'è sempre quel piccolo margine di incertezza nella scienza, che cerchiamo sempre di ridurre al minimo o di esplorare non appena ne abbiamo le possibilità tecnologiche).
Per poter dire non solo di aver scoperto una particella, ma di essere in grado di rilevarne una già scoperta, devo quindi fornire i miei risultati con una significatività di $5 \sigma$, che in pratica rappresenta una conoscenza quanto più possibile completa della zona che sto esplorando. Se poi a questo unisco anche il problema che devo cercare di ridurre al minimo il mio errore, e quindi anche la $\sigma$, si capisce che questo compito è tanto più complesso quanto più è, ad esempio, sofisticato lo strumento che sto utilizzando, o quanto più è incredibile la sfida che sto affrontando. E la sfida del bosone di Higgs è certamente una sfida piuttosto complicata, per molti motivi. Come vedremo tra poco.

Un decadimento con 4 elettroni candidato come decadimento di un Higgs registrato ad ATLAS nel 2012 (fonte ATLAS)

Un candidato, per ora

Accontentatevi di questa immagine, diffusa da ATLAS, che rappresenta un processo contenente il bosone che è stato annunciato oggi a Ginevra, il probabile bosone di Higgs (o forse è quelcos'altro!).
Per chi non ha voglia di aspettare, consiglio di leggersi quello che ho già scritto su Doc Madhattan. La versione in italiano spero arriverà presto!

I giorni dell'Higgs

Ed eccomi qui, buon ultimo, se vogliamo, con molti commenti, alcuni più illustri di altri, che sono giunti sul web. Per leggerli vi basta arrivare in fondo al post, ma per iniziare bene la lettura, eccovi cosa scrivevo un paio di giorni prima della famosa conferenza:

Non ci sarà alcun annuncio clamoroso, ma solo dei nuovi e più stringenti limiti sulla massa dell'Higgs

La conclusione della conferenza di ieri alla fin fine ha confermato quella impressione. I due seminari, tenuti dai due rappresentanti, i due spokerperson, delle collaborazioni ATLAS e CMS, Fabiola Gianotti e Giulio Tonani, non hanno infatti ancora dato una certezza né presentato un segnale della scoperta dell'Higgs. Sia ATLAS sia CMS hanno proposto i loro nuovi limiti, basati sui dati raccolti nel corso di quasi tutto il 2011, e la sintesi di questi dati è stata tratta nella press release ufficiale del CERN, visto che quella ufficiale dovuta ai due esperimenti uscirà solo dopo la pubblicazione dei dati su rivista scientifica. Questa sintesi, comunque, racconta di un intervallo in massa che va tra i 124 e i 126 GeV.
Ad ogni modo dopo i due seminari mi sono ritrovato a discutere via e-mail con l'amico Salvatore, al momento al lavoro a New York, proprio dei risultati. E Salvo mi ha mandato via e-mail questi grafici, iniziando con i due che riassumono i risultati preliminari di entrambe le collaborazioni, ATLAS e CMS:

Ricordo infatti che l'Higgs è previsto venire prodotto attraverso vari canali differenti:

ed è quindi necessario realizzare anche una sintesi sui dati raccolti nei vari canali studiati.
D'altra parte quella sintesi che i due esperimenti non hanno fatto, hanno provato a farla su facebook ed è il terzo grafico che mi ha inviato Salvo, ovvero la sovrapposizione dei due precedenti:

Accompagnato a questo grafico è anche arrivato il suo commento sulla faccenda:

Discussione sull'Higgs

Non è che non ho niente da fare la mattina. Almeno per un altro mesetto e mezzo ho certamente da fare. E poi mi da sempre fastidio uscire con due post (o articoli che dir si voglia) al giorno. Il fatto che, però, in questo periodo sto cercando delle soluzioni tecniche a un dato problema mi da modo di perdere (che poi non è mai tempo perso) un po' più tempo con la lettura delle cose interessanti. Ero andato da Peppe per vedere come procedeva una certa discussione sul suo blog quando leggo, fresco fresco, un articolo su uno degli ultimi e più eclatanti esempi di cattivo giornalismo scientifico, peraltro pubblicato su uno dei magazine giornalistici on-line più seguiti e apprezzati, Giornalettismo. L'articolo, firmato da Lou Del Bello, ha il titolo già di per sé indicativo di La particella di Dio non esiste.
Prima di tutto concentriamoci su alcuni errori di fondo dell'articolo della Del Bello: c'è un unico link, che rimanda al Washington Post, unica fonte dell'articolo, e ne riprende i difetti principali dell'articolo del giornale statunitense: nessun riferimento immediatamente verificabile con un click: non è chiaro se le dichiarazioni di Tonelli sono di prima mano da Robert Evans della Reuters (ancora le famigerate agenzie, e la Reuters anche dal punto di vista scientifico è una delle migliori!), magari prese da una conferenza stampa tenutasi alla conferenza citata nell'articolo, né c'è alcun riferimento al blog di Pauline Gagnon.
A questo ci sono da aggiungere altri gravi difetti. Innanzitutto un livello di approfondimento piuttosto basso (per aggiungere assurdo all'assurdo, Giornalettismo ha pubblicato, come redazione, un articolo sull'Higgs tutto sommato ben fatto, Alla ricerca della particella di Dio - 2, che però è una agenzia della ADNKronos!): mancano riferimenti verificabili a vista, come ad esempio dei grafici, o a gente che di Higgs ha parlato nell'ultimo mese (e tra poco li darò). Manca poi un pre-requisito fondamentale: la competenza da parte di Lou nel gestire la materia, come ha essa stessa affermato nei commenti, e che emerge ancora di più nella gestione dei commenti, dove giustamente i lettori hanno detto tutto e il contrario di tutto e Lou non ha risposto con una sola competente risposta, né dando riferimenti a blog più competenti sulla materia.
Iniziamo, però, a dare qualche riferimento. A fine luglio si è tenuta la conferenza Eps-Hep 2011 (che tra l'altro ha visto la consegna di prestigiosi premi ai fisici italiani) dove sono stati diffusi dei primi dati sull'Higgs. Ho provato a riassumere, usando come fonti dei grafici altri blog stranieri, la situazione proprio qui su DropSea (è per questo che non do ulteriori link riguardo la situazione di fine luglio). Da quella rassegna vi estraggo il grafico di ATLAS:

Accerchiando il bosone di Higgs

Ne avevo già scritto in inglese, ma con colpevole ritardo vi riferisco di alcune novità riguardanti il bosone di Higgs e uscite dalla conferenza EPS sulla fisica delle alte energie⁽¹⁾, tenutasi a fine luglio, dal 24 al 27 se non ricordo male.
Tutto inizia con il comunicato stampa del Fermilab che, combinando i dati degli esperimenti D0 e CDF, ha diffuso i nuovi limiti di massa⁽²⁾ per il bosone di Higgs, ovvero tra i 114 e i 137 GeV/c². Ovviamente non potevano mancare nemmeno le collaborazioni ATLAS e CMS con l'esposizione dei loro dati, che però sembrano essere ben poco ottimistiche non solo nei confronti del Tevatron, ma anche del bosone stesso.
Iniziamo dando un'occhiata ai grafici (via Résonaances, Tommaso Dorigo):

Come vedete i due esperimenti europei hanno in comune con il Tevatron solo una piccola regione compresa tra circa 115 GeV e 140 GeV. I dati di queste regioni saranno probabilmente analizzati e pubblicati entro la fine dell'anno, per cui dovremmo presto sapere se il Tevatron potrebbe scoprire l'Higgs o meno⁽³⁾, ma soprattutto potremmo avere un'idea più precisa di che Higgs ci dovremmo aspettare.
Per chiarire meglio questo aspetto potrebbe essere interessante dare un'occhiata al grafico riassuntivo realizzato di Philip Gibbs, dove potrete notare come quella piccola regione in comune tra Tevatron e LHC e l'ultima regione disponibile all'interno della previsione del modello standard: