La scorsa notte, la notizia di misurazioni inaspettate dal progetto Cdf (Collider Detector) del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) di Batavia negli Usa, ha fatto eco in tutto il mondo. Per un attimo si è sperato che i nuovi dati fossero la prima prova dell’esistenza del tanto cercato bosone di Higgs, una particella predetta dal modello della fisica teorica più accreditato, ma mai osservata. All’esperimento presso il Collider Detector lavorano più di 500 ricercatori, 70 dei quali afferenti all’Istituto nazionale di fisica nucleare. Proprio alcuni di questi – Alberto Annovi dell’Infn Laboratori nazionali di Frascati, Pierluigi Catastini (ora all’Università di Harvard) e Viviana Cavaliere (ora all’Università dell’Illinois) – sono stati i primi a estrarre le informazione che hanno acceso i riflettori sul Fermilab in queste ultime ore.
Dottor Annovi, cosa avete osservato esattamente?
“Nell’esperimento CDF, protoni e antiprotoni si scontrano all’interno di un collisionatore. Secondo complessi calcoli teorici, dopo lo scontro ci aspettiamo di osservare una certa “distribuzione di massa”, cioè una certa distribuzione di conteggi di collisioni. In questo caso, gli ultimi dati sperimentali arrivati non sono stati in accordo con quelli teorici: si sono verificate più collisioni di quelle previste, di circa 140-150 GeV. Questo genere di eccessi può essere un’indicazione di nuove particelle”.
Che significa “nuove”? Potrebbe trattarsi del famigerato bosone di Higgs?
“Nuove significa mai osservate prima e non previste dal Modello Standard, la teoria che riproduce e spiega tutte le misure condotte fino ad oggi. Certamente, però, non si tratta del bosone di Higgs, l’unica particella predetta dal Modello Standard a non essere mai stata osservata”.
Perché lo escludete?
“Per due evidenze sperimentali. In primis, il numero di collisioni osservato è circa 100 volte maggiore di quanto previsto se si trattasse del bosone di Higgs: abbiamo visto circa 250 collisioni di troppo, mentre nel caso del bosone di Higgs ne avremmo dovute osservare solo poche unità in più. La seconda evidenza ci viene dal modo in cui questa ipotetica particella decade; ci aspettiamo, infatti, che il bosone di Higgs decada in un particolare tipo di quark detto ‘pesante’, o bottom, che rispetto agli altri hanno una vita media più lunga e, prima di decadere a loro volta, viaggiano per un certo percorso, di alcune centinaia di micrometri. Ebbene, nel campione osservato, non c’erano quark bottom”.
Quindi di cosa potrebbe trattarsi?
“Ci sono due possibilità. La prima sarebbe una correzione ai calcoli teorici, che a causa della notevole complessità sono sempre approssimati. In questo caso, queste nuove misurazioni ci aiuteranno a comprendere e migliorare il modello teorico; la seconda è che siamo di fronte a un segnale nuovo, cioè a una particella esotica, mai osservata prima, di cui non sappiamo ancora niente e che ‘estenderebbe’ il Modello Standard”.
Cosa significa?
“I fisici teorici cercano di prevedere tutte le ‘cose’ possibili. Oltre al Modello Standard quindi, sono stati creati moltissimi modelli teorici che ne rappresentano delle estensioni; alcuni di questi predicono un segnale simile a quello osservato da noi. Ora, però, la cosa fondamentale è verificare che questo segnale, abbastanza debole, venga convalidato e confermato da altri esperimenti e nel restante campione di dati CDF in corso di analisi”.
Cosa è cambiato, in questi ultimi esperimenti, che ha reso possibile la vostra osservazione?
“Sostanzialmente l’esperimento è sempre lo stesso, ma accumulando molti dati negli anni, abbiamo raggiunto una elevata sensibilità. Una volta scoperto il segnale debole, poi, abbiamo fatto un’analisi più mirata, per osservarlo meglio”.
C’è la possibilità che si tratti di un errore?
“Sì. C’è una probabilità dello 0,76 per mille che si tratti di una fluttazione delle collisioni di fondo, che avvengono sempre. Sappiamo che sono un certo numero, ma si tratta di una media e non si può escludere del tutto che quanto osservato sia un aumento momentaneo di questo ‘rumore’. La possibilità è bassa, ma non bassissima”.
Se si trattasse di una nuova particella, potrebbe anche essere un nuovo tipo di interazione?
“Le due possibilità non si escludono a vicenda, anzi, esistono estensioni del Modello Standard compatibili con i segnali osservati che prevedono, in aggiunta a una nuova particella, anche nuove interazioni. In base ai dati, però, al momento non siamo in grado di dirlo”.
A simili livelli di energia, che decade in tempi brevissimi, cui seguono calcoli statistici molto complicati, sperare di ottenere conferme a modelli matematici prestabiliti, senza aggiustamenti ad hoc, è impossibile. Tutti attendono col fiato sospeso ed è sufficiente “vedere” qualcosina di imprevedibile per riaccendere la speranza di trovare il bosone di Higgs. Ma l’unica cosa certa dovrebbe essere che a ogni incremento di livello di energia, qualcosa di nuovo deve accadere: per lo meno un decadimento ancor più rapido. E forse solo questo sarà dato di vedere a chi non vuole capire che è la repulsione a volgersi nel suo opposto, l’attrazione; ed è solo questa che dà luogo alla massa: non una chimerica particella di scambio, attribuita a Dio.