Profumo di particelle

Direi che oggi pomeriggio è stato un bel respirare, al Palazzo Brera. Cristina Lazzeroni dell'Università di Birmingham è venuta alle 18 (come avevo scritto nel post precedente) per raccontare del bosone di Higgs, del modello standard e di materia e antimateria. E' una sperimentale presso l'esperimento LHCb al CERN, l'esperimento dedicato proprio alla ricerca su uno dei grandi misteri dell'universo: perché in esso c'è un eccesso di materia (e d'altra parte se non fosse così, non ci sarebbe nemmeno stata la sua conferenza oggi pomeriggio, per esempio!). Ha raccontato molto bene una materia interessante, che è stata sulla bocca di tutti nel luglio 2012 e, soprattutto, in un modo molto semplice ma non banale. Ha utilizzato delle analogie estremamente azzeccate, in alcuni casi anche provando a mimare i comportamenti delle particelle e mi sembra giusto scrivere i complimenti che già le ho espresso di persona. Infatti, come mi aveva gentilmente chiesto Stefano Sandrelli, sono stato presente alla conferenza non solo per il profumo di particelle, ma anche per eventualmente intervenire in caso di domande teoriche. Per fortuna non è stato il caso, altrimenti avrei rischiato di svuotare la sala per la noia (il rischio c'è stato, visto che è spuntata la teoria delle stringhe...): era piena, come spesso avviene in queste belle occasioni, con, come al solito, gente in piedi ad ascoltare con grande attenzione, forse anche maggiore rispetto a una conferenza scientifica, una di quelle serie che si fanno nei congressi dei ricercatori, per intenderci.
Forse l'aspetto più "nuovo" di cui Cristina ha raccontato è proprio l'asimmetria tra materia e antimateria, che è stata ulteriormente confermata da LHCb nel 2013:

Il bosone Z' e la fenomenologia di un picco

Mettetevi comodi: è un lungo viaggio quello che stiamo per intraprendere. Parte dai bosoni W e Z, mediatori della forza debole, per poi portarci nello studio dei loro decadimenti al Tevatron, l'acceleratore del FermiLab e alla recente osservazione di un picco, per ora solo gaussiano, nei dati rilevati dalla collaborazione CDF. Al momento, seguendo Tommaso Dorigo, direi che ci sono due spiegazioni principali: un nuovo bosone, denominato Z', che potrebbe spiegare una parte dell'asimmetria materia-antimateria oltre ad essere il mediatore dell'interazione tra materia oscura e materia ordindaria, oppure un effetto dovuto alla nostra scarsa conoscenza del decadimento adronico del W.

Innanzitutto introduciamo i così detti dijet⁽¹⁾. Sono molto importanti nello studio dei bosoni W e Z, la cui scoperta frutto a Rubbia il Nobel in Fisica. I processi che vengono studiati sono le interazioni WW, WZ, ZZ sia attraverso i decadimenti leptonici, sia attraverso lo studio di jet adronici. L'esistenza di questi due canali è dovuta al fatto che mentre la segnatura del decadimento del W^- è la produzione di una coppia neutrino-leptone

mentre il W⁺, così come lo Z decade producendo un leptone e due jet adronici.
L'importanza nello studiare questi decadimenti sta nel legame che questi bosoni, che sono in particolare le particelle che mediano, trasportano l'interazione debole, hanno con il famosissimo bosone di Higgs. E sono in particolare i decadimenti che coinvolgono il W⁺ e lo Z , e quindi i jet adronici ad essere importanti per la rilevazione dell'Higgs⁽²⁾.

E sono anche tra i più difficili da rilevare.
Impegnato in questa rilevazione c'è il Tevatron, l'acceleratore statunitense del FermiLab, e in prima linea c'è la collaborazione CDF. Un primo esame delle interazioni WW e WZ avvenuto a fine 2009⁽³⁾ ha successivamente portato alla pubblicazione nel 2010 su PRL⁽⁴⁾. Iniziamo a dare un'occhiata ai grafici presentati in quell'occasione:

In entrambi i grafici si possono apprezzare alcune zone dove i dati rilevati dalla collaborazione si trovano ben sopra alla ricostruzione delle interazioni avvenute grazie alle simulazioni Monte Carlo. Queste simulazioni sono molto importanti nella fisica sperimentale delle alte particelle e il motivo è molto semplice: è grazie ad esse che gli sperimentali sono in grado di valutare il contributo della fisica nota alle collisioni studiate. Questo vuol dire che, nell'esame dei dati raccolti, la routine dello sperimentatore è quella di far girare righe di codice che tritura per ore e ore i puntini raccolti dall'acceleratore e poi sputa la sua sentenza, che poi dovrà ulteriormente essere raffinata con altri codici ancora prima per verificare se ci sono altri effetti di fisica nota che si è trascurato e poi per vedere se potrebbe esserci qualcosa di interessante nei dati⁽¹⁾.