Le coppie di Higgs potrebbero produrre nuova fisica oltre il modello standard
Per decenni, i fisici hanno cercato il bosone di Higgs, la strana particella che era il pezzo mancante del puzzle del modello standard. Alla fine, la resistenza e la curiosità dei ricercatori è stata premiata nel 2012, quando l’ultima particella fondamentale che rimaneva da confermare sperimentalmente è stata rilevata dal grande collisore di adroni (LHC, Large Hadron Collider) al CERN. Anche se descrive magnificamente di cosa è fatta la materia e come si tiene insieme, il modello standard è una teoria imperfetta. Le proprietà del bosone di Higgs potrebbero aiutare a saperne di più sulle domande di base a cui il modello standard non riesce a rispondere. «Il bosone di Higgs può essere un trampolino di lancio per la nostra esplorazione della materia oscura, l’asimmetria della materia e dell’antimateria (asimmetria CP) e una grande teoria unificata della fisica delle particelle», osserva Stefano Moretti, coordinatore del progetto NonMinimalHiggs. Finanziati nell’ambito del programma Marie Skłodowska-Curie, i ricercatori che lavorano su NonMinimalHiggs hanno esplorato come il bosone di Higgs possa avvicinare il mondo alla comprensione della composizione fondamentale dell’Universo. Tra i problemi chiave affrontati: «Quali nuovi modelli fisici descrivono meglio la composizione fondamentale dell’Universo quando vengono considerate tutte le proprietà osservate del bosone di Higgs?» Il lavoro condotto aiuterà la ricerca per una nuova fisica nel presente e collisori di adroni in futuro.
Chiarire le origini della rottura della simmetria elettrodebole
Nel MS, le particelle elementari acquisiscono le loro masse interagendo con il campo di Higgs. Il processo è governato da un delicato meccanismo chiamato rottura della simmetria elettrodebole (EWSB, Electro-Weak Symmetry Breaking) che rimane tra i fenomeni meno compresi del MS. Il MS chiama tutti i vettori della forza EW ad avere massa zero; questo consente alle forze elettromagnetiche (EM) e alle forze nucleari deboli di fondersi in una singola forza EW. Tuttavia, a differenza del fotone senza massa che media le interazioni EM, i bosoni che trasportano la forza debole hanno masse diverse da zero: il campo di Higgs rompe la simmetria EW delle masse di bosoni. «I ricercatori di NonMinimalHiggs hanno contribuito con successo a preparare il palcoscenico per la comunità della fisica delle particelle per trovare la struttura “BSM” sottostante responsabile del meccanismo EWSB», osserva Moretti. I partenariati di ricerca interdisciplinare collaborativa tra diverse istituzioni hanno cercato nuovi stati del bosone di Higgs con l’aiuto di nuovi strumenti numerici. Come esempio del nuovo approccio, i ricercatori di NonMinimalHiggs hanno sottolineato la necessità di considerare gli effetti dell’interferenza quantica nello studio di stati di Higgs carichi. Questa interferenza, che non è stata considerata nelle analisi sperimentali condotte presso l’LHC, può alterare completamente l’interpretazione dei dati. I loro risultati sono riportati qui.
Un singolo Higgs non è abbastanza
NonMinimalHiggs ha prodotto oltre 110 pubblicazioni. Il comune denominatore è stato la costruzione di una varietà di scenari probabili che incorporano il meccanismo di Higgs (in una forma non minimale) in nuovi scenari BSM. Studiare come queste strutture si manifestano nei laboratori terrestri e nelle strutture spaziali aiuterà a rivelare la fisica BSM nascosta che ci circonda. A cosa si riferisce questo modulo non minimale? «Il MS è costruito con un solo bosone di Higgs, che è in linea con la particella scalare scoperta presso l’LHC. Questa versione minimale può rendere sufficientemente conto del meccanismo di generazione di massa delle particelle, ma generalmente non è una cura a lungo termine per i mali del MS. I nostri modelli che coinvolgono più di un bosone di Higgs o altre particelle scalari aiuteranno a rispondere ad alcuni dei problemi più preoccupanti nella scienza delle particelle fondamentali, aprendo più porte per la nuova fisica BSM», conclude Rui Santos, un altro ricercatore di NonMinimalHiggs.
Parole chiave
NonMinimalHiggs, Modello Standard, bosone di Higgs, nuova fisica, grande collisore di adroni (LHC), oltre il modello standard (BSM), rottura della simmetria elettrodebole (EWSB), Higgs non minimale