Parti della Via Lattea sono molto più antiche del pensiero, lo studio rivela

Gli scienziati hanno trovato le prime prove di un raro tipo di decadimento del bosone di Higgs. (Credito immagine: CERN)

Gli scienziati hanno individuato la prima prova di un raro decadimento del bosone di Higgs , ampliando la nostra comprensione dello strano universo quantistico.

Nel 2012, il Premio Nobel per la fisica è stato assegnato a una scoperta rivoluzionaria: il rilevamento del bosone di Higgs, una particella subatomica prevista dal Modello standard della fisica quasi 50 anni prima. Il bosone di Higgs non vive molto a lungo, decadendo rapidamente in particelle meno massicce come due fotoni (particelle di luce).

Ora, i ricercatori che utilizzano ATLAS e CMS al Large Hadron Collider del CERN in Svizzera hanno trovato prove di un raro decadimento del bosone di Higgs in cui la particella subatomica decade in un fotone e due leptoni, un tipo di particella elementare che può essere carica o neutra. (Elettroni e muoni, un tipo simile di particella subatomica, sono due esempi di leptoni carichi.) Nello specifico, hanno trovato prove che il bosone di Higgs può decadere in un fotone e una coppia di elettroni, o in un fotone e una coppia di muoni con carica opposta.

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Utilizzando il modello standard, gli scienziati sono in grado di prevedere le diverse particelle elementari in cui il bosone di Higgs può decadere, con un decadimento abbastanza "comune" di due fotoni. Possono anche stimare la frequenza con cui il bosone di Higgs decade in diverse combinazioni di particelle ed è particolarmente raro che il bosone di Higgs decada in un fotone e due leptoni.

In questo tipo di decadimento, dopo la sua brevissima vita, il bosone di Higgs si trasforma rapidamente in un fotone e in quello che gli scienziati chiamano un "fotone virtuale". Quel "fotone virtuale", noto anche come "fotone fuori guscio", si trasforma immediatamente in qualcosa come, in questo caso, due leptoni. Questo "fotone virtuale" ha una massa molto piccola diversa da zero, mentre i fotoni normali sono completamente privi di massa, ha detto a This Web.com James Beacham, un fisico delle particelle con l'esperimento ATLAS all'LHC.

In un nuovo studio, i ricercatori che lavorano con il Large Hadron Collider hanno trovato le prime prove di un raro decadimento del bosone di Higgs. (Credito immagine: CERN)

I due leptoni "hanno colpito il nostro calorimetro molto vicino l'uno all'altro", ha aggiunto Beacham. Il calorimetro dell'LHC è uno strumento che blocca le particelle provenienti da una collisione di particelle. Gli scienziati possono individuare e studiare queste particelle quando vengono fermate o "assorbite" dallo strumento.

Mentre gli scienziati hanno previsto che questo tipo di decadimento dovrebbe esistere con il bosone di Higgs, questo nuovo rilevamento è "il primo indizio di prova di questa modalità di decadimento molto rara del bosone di Higgs", ha detto Beacham.

Tuttavia, ha aggiunto, il team probabilmente non sarà in grado di osservare direttamente il raro decadimento fino a quando non aggiornerà le strutture per il prossimo programma LHC ad alta luminosità (che verrà dopo LHC Run 3. I dati utilizzati per questo studio sono stati raccolti durante la corsa 2, il secondo periodo di funzionamento per il collisore iniziato nel 2015 e terminato nel 2018. La corsa 3 inizierà a marzo 2022.)

"Con una grande quantità di dati attesi dal programma LHC ad alta luminosità , lo studio dei rari decadimenti del bosone di Higgs diventerà la nuova norma", secondo una dichiarazione di ATLAS .

Studiando decadimenti rari come questo, i ricercatori possono esplorare la possibilità di una nuova fisica che va oltre il Modello Standard. Il modello standard spiega molte cose sul nostro universo fisico, ma non include la gravità o la materia oscura, ha detto Beacham. Si pensa che la materia oscura , che non emette luce e non può essere osservata direttamente, costituisca circa l'80% di tutta la materia nell'universo conosciuto, ma gli scienziati non sanno ancora esattamente cosa sia.

"Siamo sempre alla ricerca di estensioni al modello standard", ha affermato. "Dobbiamo trovare una finestra o un portale dal nostro mondo in questo mondo del settore oscuro e giocare in modo sperimentale. E uno di questi potrebbe essere il bosone di Higgs". Beacham ha spiegato che il "settore oscuro" comprende la fisica che si estende oltre il modello standard.

Ora, non essere troppo eccitato. Questo documento "non ci fornisce ancora nuove informazioni sul portale di Higgs nel 'settore oscuro'", ha affermato Beacham. Ma "questo documento dimostra che possiamo cercare cose molto rare come questa, abbastanza facilmente", ha detto, il che spinge la ricerca in avanti nel complesso.

Questo lavoro è stato presentato a un seminario pubblico di LHC al CERN il 1 febbraio e puoi vederlo sul sito web del CERN. Il documento pubblicato dal CERN è una nota CONF, che è un risultato preliminare di ATLAS.

Invia un'e-mail a Chelsea Gohd all'indirizzo [email protected] o seguila su Twitter @chelsea_gohd. Seguici su Twitter @Spacedotcom e su Facebook.

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