Aspen 2013, giorno 2: lavagne, domande aperte, WW e ZZ

La conferenza si tiene nell'Aspen Center for Particle Physics. Immaginate un centro vacanze montano piuttosto lussuoso, dotato di stanzette per lavorare se uno ne ha bisogno, e di una sala conferenze con le pareti in legno e un affascinante sistema di tiranti metallici a sostenere il soffitto. Lungo i corridoi del centro, ogni due porte c'è una lavagna a disposizione per i partecipanti: ai fisici piace scribacchiare formule e schemi quando discutono. La migliore che ho trovato è questa con uno schema delle possibili evoluzioni dell'universo. La curva migliore è quelle che parte dell'angolo del Big Bang e finisce sotto l'asse delle ascisse: invece di espandersi più o meno velocemente, l'universo in questo caso si contrarrebbe, e, come sottolinea l'anonimo autore, l'universo e noi saremmo semplicemente fottuti.

Aspen_blackboard

Il premio per la presentazione più interessante della mattina va senza dubbio a Matt Strassler, un fisico teorico che è anche un ottimo divulgatore. Il suo contributo, intitolato "Post Discovery Era" (l'era che segue la scoperta), si concentrava sulle domande che la recente scoperta di una nuova, particella che con probabilità sempre maggiore è un bosone di Higgs, lascia aperte. Cosa cercare adesso? In che direzione? Con quale priorità? E non tanto con i dati che verranno, che esploreranno regioni inaccessibili per il momento (tipicamente, qualche angolo  rimasto libero dello spazio delle fasi di qualche teoria SuperSimmetrica), quanto piuttosto con i dati che già abbiamo. Oggi sappiamo che la natura ha una particella scalare con massa di circa 125 GeV, probabilmente responsabile della rottura della simmetria elettrodebole. Questo risolve diversi problemi, ma ne lascia aperti parecchi altri, non ultimo il problema della naturalezza del Modello Standard. Che aggiunte possiamo fare al Modello Standard con un semplice campo di Higgs (al di la della SuperSimmetria già citata) per risolvere questi problemi? E come possiamo andare a testare queste possibili aggiunte con i dati già in possesso. Secondo Strassler c'è parecchio da fare, in attesa che LHC riprenda a funzionare, andando a cercare eventi con molti leptoni, o molti fotoni, o molti quark. La misura di questi eventi potrebbe mettere dei limiti (o persino identificare un segnale!) su possibili decadimenti della particelle osservata a 126 GeV in nuove particelle ignote che decadrebbero a loro volta in particelle più comuni. Paradossalmente, questo decadimenti, se reali, potrebbero avvenire più frequentemente di quello che pensiamo.

Alla fine, oggi non sono andato a sciare, e mi sono fermato a pranzo con Strassler e un altro paio di colleghi di ATLAS, proprio per cercare di capire meglio come organizzare queste nuove strategie di ricerca. Il bello delle conferenze sono gli incontri informali, dove alla fine si impara e si scambia molto di più che nelle sessioni ufficiali.

Strassler_AspenPostDiscovery3_p25

Nel pomeriggio, ATLAS e CMS hanno presentato i loro ultimi risultati nelle misure delle proprietà del presunto bosone di Higgs nei suoi decadimenti in WW e ZZ. Qui c'è stata qualche piccola novità rispetto a quanto visto la settimana scorsa a La Thuile, ATLAS aveva degli aggiornamenti nel canale WW, ma in fondo niente di drammatico. Gli occhi di tutti sono puntati sulle misure di spin di questa benedetta particella: messa da parte l'ipotesi di spin 1 (decade in 2 fotoni, e per il teorema di Landau-Yang la possibilità d=che abbia spin 1 è dunque fortemente sfavorita), resta da vedere se la bestia possa avere spin 2 (ed essere per esempio un gravitone). Lasciando da parte per un attimo il fatto che non abbiamo una teoria decente con un bosone a spin 2, i dati sembrano chiaramente favorire l'ipotesi di spin 0 sia nei canali WW che ZZ. La particella che potrebbe essere il bosone di Higgs assomiglia sempre di più a un bosone di Higgs.

In queste occasioni, resto sempre impressionato dalla baldanza degli speaker di CMS. Insomma, da come la mettono sembra sempre che siano i migliori in tutto quello che fanno. Per carità, molte volte è vero. Purtroppo in molte altre invece, ho l'impressione che nascondano sotto il tappeto i problemini che abbiamo tutti noi comuni mortali che facciamo misure con i rivelatori. Prendete per esempio la misura della massa del forse-bosone nel canale ZZ: potete vederne le tracce in eventi con 4 muoni, 4 elettroni o 2 muoni e 2 elettroni, a seconda di come decadono i due bosoni Z. Si tratta di una canale a bassissima statistica, ergo molto prono a fluttuazioni. La speaker di ATLAS ha mostrato questo molto chiaramente, facendo vedere come cambia la misura di massa i diversi canali sono considerati separatamente, e come queste differenze influenzino la misura finale combinata. Lo speaker di CMS non aveva un grafico simile, e, a richiesta, dichiarava baldanzoso che nel loro caso le diverse misure coincidono perfettamente. Ecco, questo non è semplicemente possibile, o perlomeno resta un'eventualità statisticamente rarissima. Per favore, facciamo scienza, non propaganda.

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A chiudere la giornata è intervenuto Howard Haber, l'autore della Higgs Hunter's Guide che tutti qui abbiamo prima o poi studiato. Se questa particella assomiglia sempre di più al bosone di Higgs del Modello Standard, possiamo dire se è IL bosone di Higgs del Modello Standard, o UN bosone di Higgs del Modello Standard? Haber ha mostrato chiaramente come sia semplice costruire una teoria al di là del Modello Standard che contenga diversi bosoni di Higgs, di cui ha proprietà che lo rendono praticamente indistinguibile da quello del Modello Standard. Come fare in questo caso a distinguere? Potrebbe non essere banale, perché la verità risiede nelle costanti di accoppiamento di questa particella con le altre, costanti che a LHC possiamo misurare (in molto tempo!) con precisioni dell'ordine del 10%. Se la bestia fosse il bosone di un'altra teoria travestito da bosone del Modello Standard, le differenze rispetto alle costanti di accoppiamento previste sarebbero piuttosto dell'ordine dell'1%. E allora? Qui si aprirebbe tutta la discussione sulla necessità o meno di costruire un altro acceleratore dedicato alla produzione e studio delle proprietà del bosone di Higgs, una Higgs factory. Ma ormai era tardi, e siamo andati a mangiare al messicano.

 

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12 Commenti

  1. Robo
    Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 15:46 | Permalink

    Fantastico. Io parlo di lavoro, sport e f... con i miei conoscenti standard. Con gli amici più acculturati si affrontano temi sociali, politici, legati all'elettronica di consumo ed agli sviluppi tecnologici più in generale. Ma confronto a voi sembreremmo una felice comunità di neandertaliani; vi rendete conto di essere degli iniziati ad un sapere superiore e spesso inspiegabile?

  2. Alberto Ferrero
    Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 17:37 | Permalink

    Beh, Matt Strassler, nel blog da te segnalato (che seguo abbastanza regolarmente) mi pare un po' più perentorio:

    So let's stop spending much bandwidth on spin 2: it is disfavored by both ATLAS and CMS - directly by measurement of the particle's spin, and indirectly via its relative probabilities to decay to various types of particles - and it is disfavored theoretically. The more important measurement is to check whether this apparently spin-0 particle really has positive parity, or whether it has a mix of positive and negative parity.

    Mi sembra di capire che adesso il lavoro sia quello di definire nella maniera più esatta possibile che faccia ha la "bestia", se fa parte a pieno titolo della famiglia SM, oppure se porta in sé tratti che lo apparentino ad altre famiglie BSM. Anche perché, in quest'ultimo caso, tutto il Modello Standard sarebbe in qualche modo "ibridato" (scusa la metafora biologica). Ed è una bella impresa, visto che sta resistendo piuttosto bene a tutti i tentativi di falsificazione… ma non si sa mai…

  3. Fabiano
    Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 18:25 | Permalink

    @Marco: in riferimento al grafico che hai postato, che differenza c'è tra 2e2mu (linea rossa) e 2mu2e (linea arancio)?

  4. Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 21:52 | Permalink

    Piccolo errore: "La speaker di ATLAS ha mostrato questo olto chiaramente"

    Ne approfitto per ringraziarti: non solo da anni fai articoli interessanti, ma mi hai anche permesso di fare uno stage al CERN che ho da poco iniziato! Tu non lo puoi sapere, ma un ingegnere del CERN ha trovato un mio commento sul tuo blog, ha deciso di contattarmi e da lì è nato tutto 🙂

  5. Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 23:23 | Permalink

    @Alberto (di nuovo): ma sì, all'ipotesi di spin 2 non ci crede nessuno, ma siamo scienziati e non diciamo quello a cui crediamo, ma quello che misuriamo. E poi, anche "confermato" (nel senso della scienza) lo spin 0, resta la questione della parità.

  6. Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 23:25 | Permalink

    @Fabiano: siccome l'Higgs "pesa" circa 125 GeV, non può decadere in due Z reali (una Z "pesa" 91 GeV, te ne servirebbero dunque 182), e decade dunque in una Z reale ("on shell") e una virtuale ("off-shell"). A seconda di come decadono l'una e l'altra le cose cambiano. Nel nostro caso, la prima coppia si riferisce al decadimento della Z on-shell.

  7. Pubblicato il 12 marzo 2013 alle 23:26 | Permalink

    @Frafra: corretto, grazie. Che bella storia, complimenti. Dove sei finita a fare lo stage? Con chi, se non sono indiscreto?

  8. Matteo
    Pubblicato il 13 marzo 2013 alle 00:02 | Permalink

    Per il grande pubblico, meglio essere rassicuranti. Sui finanziamenti non c'è da scherzare, e, coi tempi che corrono, tremano i polsi. Ma se si deve essere più esigenti, c'è da chiedersi se è opportuna la baldanza nella speranza che tutto alla fine verrà classificato solo come mancanza di tatto. E invece se la distanza tra scienza e politica si assottiglia troppo, l'esito finale è senza speranza. Ma tornando alla meno aleatoria esistenza nella scienza: il grafico dei vari canali con quattro leptoni non è un poco preoccupante? Non si sta allargando un poco troppo l'intervallo delle masse possibili?
    E infine, se ho capito bene: quello che ci aspetta nei prossimi anni è solo un rimestare, coi modi più disparati, gli stessi dati per inquadrare la teoria su quelli, invece che il contrario, come dovrebbe essere?

  9. Pubblicato il 13 marzo 2013 alle 07:07 | Permalink

    "Pesa" ai miei tempi se dicevi così eri bocciato prima di subito. Come cambiano i tempi o sono vecchio!

  10. Pubblicato il 13 marzo 2013 alle 09:41 | Permalink

    @Marco
    Gruppo TE-CRG-CE (dipendo dal section leader Marco Pezzetti) e farò uno stage di 5 mesi che la mia università mi conteggia come tirocinio (anche perché le ore che faccio qui sono molte di più di quelle richieste).
    Sebbene la mia foto e il mio nickname possano trarre in inganno, sono un ragazzo 😉

  11. Fabiano
    Pubblicato il 13 marzo 2013 alle 19:03 | Permalink

    @Marco: ora è chiaro, grazie!

  12. Pubblicato il 1 maggio 2013 alle 18:06 | Permalink

    Ciao Marco,
    Sempre interessanti i tuoi articoli, anche questi in trasferta!
    A proposito del grafico sulla lavagna: buffo, proprio ieri sera ho iniziato il libro di Amedeo Balbi, La musica del big bang e c'era lo stesso grafico però senza l' ipotesi fucked 😉

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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