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Al Large Hadron Collider nuovi progressi verso la scoperta del bosone di Higgs

125 GeV: sarebbe questa la massa del bosone di Higgs misurata dai responsabili degli esperimenti ATLAS e CMS dell’acceleratore Large Hadron Collider (LHC) presso il CERN di Ginevra. Il condizionale è d’obbligo, dal momento che come sottolinea Fabiola Gianotti, responsabile di ATLAS, l’accuratezza delle misurazioni non è ancora sufficiente ad annunciare la scoperta della particella.

“Abbiamo ristretto l’intervallo di più alta probabilità della massa a 116-130 GeV e nelle ultime settimane abbiamo iniziato a osservare un interessante eccesso di eventi nell’intervallo di massa intorno a 125 GeV: tale eccesso può essere dovuto a una fluttuazione, ma potrebbe essere anche molto significativo”, ha spiegato la Gianotti. “Non possiamo concludere nulla in questa fase, poiché abbiamo bisogno di una maggiore messe di dati; considerate però le incredibili prestazioni dell’LHC dimostrate quest’anno, non dovremo attendere molto: potremmo risolvere l’incertezza già nel corso del 2012.

Errori sistematici a parte, qualsiasi misurazione sperimentale di una grandezza è esposta al verificarsi di errori casuali dovuti ai limiti propri del processo di misurazione. Per essere sicuri che le misure ottenute in una serie di esperimenti non siano inficiate da questi errori i fisici osservano come si distribuiscono i valori delle diverse misurazioni, ossia come si disperdono i dati raccolti attorno a un valore atteso. Un indice di questa dispersione dei dati è costituito dalla deviazione standard che – fin da quando venne introdotta in statistica da Karl Pearson sul finire del XIX secolo – viene indicata con la lettera greca sigma: σ.

In pratica il sigma ci dà un’indicazione di quanto sia improbabile che un evento sia il semplice frutto del caso, e normalmente nella comunità scientifica si considera

un certo evento accertato, o scoperto, se il suo sigma è 5.

Per esemplificare: immaginiamo di cercare un certo risultato, per semplicità, di mostrare che una moneta sia truccata. Se lanciamo la moneta e otteniamo “testa”, non possiamo dire gran ché sulla moneta, ma se le uscite “testa” continuano a ripetersi, il nostro sospetto sarà sempre più vicino alla certezza. Un sigma 3 corrisponde all'affidabilità che attribuiamo alla nostra ipotesi che la moneta sia truccata quando in otto lanci consecutivi esce sempre “testa”. Un sigma 5, alla fiducia nella nostra ipotesi quando esce sempre “testa” in una serie di 20 lanci.

Ora, tornando al bosone di Higgs, la misurazione effettuata da ATLAS ha un livello di confidenza di 3,6σ, il che significa che essa potrebbe essere il frutto di un evento casuale con una probabilità dello 0,1 per cento. Sembrerebbe un risultato notevole, ma nel campo della fisica sperimentale il termine “scoperta” è riservato a un livello di confidenza di 5σ, mentre per 3σ è indicato come “evidenza”.

Una conferma per il modello standard, dunque? Sì e no. Il valore trovato di 126 GeV può rientrare nel modello standard, oppure essere meglio descritto da una teoria che va oltre, nella Teoria supersimmetrica, nella teoria del “Piccolo Higgs” o di teorie ancora più esotiche.

“Non possiamo escludere la presenza dell’Higgs del Modello Standard tra 115 e 127 GeV a causa di un modesto eccesso di eventi a causa di un limitato eccesso di eventi in questo intervallo di masse che appare, in modo assi coerente, in cinque canali indipendenti”, ha aggiunto Guido Tonelli, che coordina CMS. “Questo eccesso ha la massima compatibilità con l’Higgs del modello standard in prossimità di 124 GeV e al di sotto di tale valore, ma la significatività statistica non è sufficiente per trarre delle conclusioni. Allo stato attuale, ciò che osserviamo è coerente sia con una fluttuazione di fondo sia con la presenza del bosone; un raffinamento delle analisi e dati ulteriori che saranno resi disponibili nel 2012 da questa grandiosa macchina consentiranno di ottenere le risposte definitive che cerchiamo”.


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