La fisica delle particelle elementari Dall’atomo di Democrito al bosone di Higgs

Dall’avvento degli acceleratori al bosone di Higgs II Parte Dall’avvento degli acceleratori al bosone di Higgs

Sommario Dall’atomo di Democrito al mesone di Yukawa L’evoluzione dei modelli atomici Lo sviluppo della meccanica quantistica La scoperta delle particelle subatomiche Dall’avvento degli acceleratori al bosone di Higgs Gli acceleratori di particelle Il modello a quark L’unificazione elettrodebole Il bosone di Higgs Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 3 3

Nella scorsa puntata… Atomo Nucleo Orbitali Protoni Neutroni: decadono debolmente in protoni emettendo Sono legati dalla forza forte con scambio di Elettroni Pioni Neutrini Kaoni Muoni Mesoni Leptoni x 2 (Antimateria) Pieve di Soligo Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 4

L’avvento degli acceleratori «Caspita! Se solo potessi avere una batteria di cannoni più potenti…» (Ernest Rutherford) 1) A caduta di potenziale: Cockcroft-Walton (1932) Van de Graaff (1932) 2) Ad accelerazione risonante: Widerøe realizza il I Linac in cui il fascio è accelerato attraverso tubi a deriva tramite campi elettrici oscillanti (1928) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 5

Il ciclotrone 1932: Lawrence & Livingston realizzano il ciclotrone, che utilizza un campo magnetico per mantenere le particelle su un orbita a spirale percorsa con velocità crescente Sincrociclotrone: si compensa diminuendo via via la frequenza del generatore   Frequenza di ciclotrone   Massa relativistica Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 6

inoltre separare gli elementi acceleranti Il sincrotrone Utilizzando una geometria ad anello è possibile accelerare le particelle per tempi molto più lunghi Si possono inoltre separare gli elementi acceleranti da quelli curvanti e focalizzanti Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 7

La stabilità di fase (1944) Si temeva di accelerare coerentemente solo poche particelle perdendo quasi tutta la luminosità dei fasci Equilibrio stabile: le particelle in ritardo sono + accelerate e viceversa Equilibrio instabile: le particelle in anticipo sono + accelerate e viceversa E(eV) t(s) Zona di stabilità Fase sincrona Le particelle tendono a formare pacchetti (bunch) sul versante ascendente della tensione oscillante Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 8

La focalizzazione magnetica Utilizzando quadrupoli magnetici si ottiene effetto focalizzante su un asse e defocalizzante sull’altro Entrambi gli effetti sono comunque proporzionali alla distanza dall’orbita ideale L’utilizzo in serie di 2 elementi ruotati di 90° ha complessivamente un effetto focalizzante su entrambi gli assi Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 9

I collisori Gli urti contro bersagli fissi sono poco efficienti dal punto di vista energetico per creare nuove particelle È più conveniente far collidere fra di loro due fasci di particelle che hanno accumulato sufficiente energia Nel 1961, grazie al lavoro di Toushek, nasce a Frascati il I Anello di Accumulazione, AdA Il modello di collider viene sviluppato con (SPS), (LEP) e (LHC)   Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 10

Collider VS Linac Una carica accelerata irradia energia sotto forma di onde elettromagnetiche Luce di sincrotrone (raggi x) La curvatura delle particelle richiede grandi accelerazioni (>> tangenziali)   (Potenza irradiata)   Nei collider è molto più vantaggioso usare protoni Pro Contro Utilizzo Collider p > energia urti sporchi scoperta nuova fisica Linac e-/e+ urti + puliti < energia misure di precisione Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 11

Il teorema di spin-statistica 1940: Pauli generalizza il suo principio di esclusione ad un teorema che lega lo spin delle particelle alla meccanica statistica quantistica che seguono collettivamente Divide le particelle in 2 categorie in base allo spin: Classe Spin Statistica Simmetria Funzione Fermioni Semintero (S = 1/2, 3/2…) Fermi Dirac Antisimmetrica (principio di esclusione) Materia Bosoni Intero (S = 0, 1…) Bose Einstein Simmetrica Mediare forze Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 12

Le teorie di gauge Anni ‘40: si sviluppano le teorie di gauge (~scala) che descrivono l’interazione fra particelle riscalando a livello locale le simmetrie globali delle forze Elettrostatica: simmetria globale , i potenziali sono definiti a meno di una costante     Elettromagnetismo: simmetria locale f ha valori qualsiasi in diversi punti dello spazio-tempo Fisica classica: il passaggio all’elettromagnetismo comporta l’esistenza delle onde elettromagnetiche Teoria dei campi quantistici (QFT): la ricalibrazione a livello locale delle simmetrie globali comporta la comparsa dei bosoni di gauge (es. fotone) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 13

Il potenziale vettore Elettrostatica:   Elettrostatica: campo elettrostatico simmetria globale i potenziali sono definiti a meno di una costante   Elettromagnetismo: campo elettrico campo magnetico la funzione f può assumere valori diversi in punti distinti dello spazio-tempo   simmetria locale     Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 14

L’elettrodinamica quantistica (QED) Anni ‘40: nel calcolo di alcune grandezze come la massa e la carica elettrica si ottengono risultati infiniti 1947: Bethe intuisce che gli infiniti sono relativi ai valori nudi delle grandezze (validi solo nel limite di infinita energia) e non tengono conto del contributo dei loop di particelle virtuali che le rivestono Si introduce la rinormalizzazione che, adottando opportuni cut-off alla massima energia scambiata, permette di riassorbire gli infiniti nei valori sperimentali finiti 1948-50: Feynman, Schwinger e Tomonaga completano la QED, considerata il gioiello della fisica Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 15

I diagrammi di Feynman 1948: nello sviluppo della QED Feynman introduce delle regole per rappresentare intuitivamente attraverso dei diagrammi, la matematica che descrive l’interazione fra particelle nelle teorie di gauge Utilizza la seguente rappresentazione: fermioni -> linee continue bosoni di gauge -> linee ondulate, a molla o tratteggiate interazioni -> vertici Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 16

The particle explosion «Ragazzo, se potessi ricordare i nomi di tutte queste particelle avrei fatto il botanico» (Enrico Fermi) Grazie agli acceleratori, negli anni ‘50 e ‘60 si assiste ad una esplosione del numero di nuove particelle scoperte   Fra queste si annoverano: i 2 neutrini elettronico ne (Reines) e muonico nm (Lederman, Schwartz & Steinberger) gli antinucleoni antiprotone (Segrè & Chamberlain) ed antineutrone Gran parte di queste particelle non sono elementari… Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 17

Gli adroni: barioni e mesoni «Nel seguito chiamerò adroni le particelle che interagiscono fortemente ed adronici i rispettivi decadimenti. Spero che questa terminologia si riveli conveniente.» (Lev Okun) Dal greco adro = massiccio Vengono a loro volta suddivisi in mesoni e barioni (dal greco baru = pesante), includendo in quest’ultima categoria i nucleoni e le altre particelle più pesanti Le loro proprietà sembrano ricorrere secondo schemi regolari che fanno pensare che siano costituiti da mattoni elementari più piccoli… Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 18

La stranezza 1947: si comincia ad osservare che alcune particelle come i mesoni K e gli iperoni L, S, X (barioni): Vengono prodotti facilmente in coppie negli acceleratori ed alcune addirittura nei raggi cosmici Mostrano vite medie insolitamente lunghe 1950: Gell-Mann e Nishijima ipotizzano che ciò sia spiegabile introducendo un nuovo numero quantico, la stranezza, che: Si conserva nelle interazioni forti tramite cui le particelle sono prodotte Risulta non conservata nelle interazioni deboli tramite cui le particelle decadono Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 19

La Via dell’Ottetto «Il Nobile Ottuplice Sentiero, ovvero retta visione, intenzione, parola, azione, modo di vivere, sforzo, presenza mentale e concentrazione.» (Buddha Shakyamuni) 1962: Gell-Mann riesce a spiegare le regolarità adroniche e prevede l’W- ? 1964: la particella viene scoperta Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 20

Quark, sapori… «Three quarks for Muster Mark!» (James Joyce) Contrazione di question mark = punto interrogativo «In 31 sapori, uno per ogni giorno del mese!» (Slogan della gelateria Baskin-Robbins) 1964: Gell-mann e Zweig propongono l’idea dei quark come fermioni elementari di carica frazionaria che compaiono in 3 sapori       Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 21

…colori… Decupletto (spin) (isospin)   Decupletto (spin)   (isospin) 1964: per non violare il principio di Pauli, Greenberg propone l’introduzione di un nuovo numero quantico, la carica di colore Logica a 3 colori (+ 3 anticolori) con la richiesta che le particelle osservate siano bianche Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 22

…e gluoni Da glue (colla): i mediatori dell’interazione forte sono 8 bosoni di gauge privi di massa, i gluoni Al contrario di barioni e mesoni, i gluoni devono essere colorati con 1 colore ed 1 anticolore diversi 9 combinazioni possibili, di cui: Solo 8 colorate ed indipendenti   Un singoletto di colore bianco: L’interazione tra nucleoni è data dalla forza nucleare forte residua, mediata da mesoni (es. p) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 23

La cromodinamica quantistica (QCD) 1969: in urti profondamente inelastici Friedman, Kendall e Taylor osservano una struttura a cariche puntiformi dentro al protone Confinamento: non si osservano quark liberi perché la forza non diminuisce separandoli, rendendo energeticamente vantaggiosa la creazione di una coppia (adronizzazione) 1973: Gross, Politzer e Wilczek scoprono la libertà asintotica secondo cui la forza diminuisce alle brevi distanze (alte energie) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 24

QCD: conferme sperimentali Gli eventi con presenza di getti adronici confermano il principio del confinamento dei quark 1979: gli eventi a 3 getti sono spiegabili solo ammettendo l’esistenza dei gluoni     colori   u c d s b Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 25

L’interazione debole 1957: Schwinger propone la I teoria di gauge delle interazioni deboli, suggerendo che siano mediate da bosoni carichi e massivi, in seguito detti W+ e W- u d u u d d p n   e- W-   e-   Il valore così piccolo della costante di Fermi (rispetto a quello delle altre interazioni) dipende in realtà dalla presenza di mediatori massivi: Valori delle masse dei bosoni intorno a, restituiscono (carica elettrica fondamentale)   Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 26

La violazione della parità Parità: trasformazione discreta che inverte le coordinate spaziali ma non il verso delle rotazioni 1956: Yang e Lee propongono che le particelle q e t, di massa uguale ma che decadono in stati di parità opposta, siano la stessa (K+) e sia invece la parità a non conservarsi nelle interazioni deboli 1957: madame Wu conferma la teoria verificando che nelle interazioni deboli sono coinvolti solo neutrini sinistrorsi ed antineutrini destrorsi Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 27

La corrente neutra 1961: Glashow estende il modello di Schwinger introducendo una interazione a corrente neutra mediata da un bosone di gauge massivo, detto Z0 Oltre a sostituire (meno efficacemente) il fotone in tutte le interazioni, il bosone Z0 è l’unica particella in grado di mediare gli urti elastici dei neutrini Data la somiglianza fra i processi, Glashow propone l’unificazione elettrodebole, ma serve un meccanismo di rottura spontanea di simmetria per fornire massa ai bosoni dell’interazione debole lasciando senza il fotone… Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 28

Il bosone di… Goldstone… 1962: Nambu e Goldstone dimostrano che ogni rottura spontanea di simmetria comporta la comparsa di bosoni di Goldstone, particelle scalari (spin 0) prive di massa (o di massa ridotta per simmetrie non esatte) I pioni sono gli pseudo-bosoni di Goldstone della simmetria non esatta di sapore dell’interazione nucleare forte residua Nella fisica della materia condensata i bosoni di Goldstone compaiono come quasiparticelle: i fononi e i magnoni Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 29

…e il meccanismo di Higgs 1964: Higgs, Englert e altri dimostrano che se la rottura spontanea avviene per una simmetria di gauge, insieme ai bosoni di Goldstone deve apparire anche una particella scalare massiva… il bosone di Higgs Nell’effetto Meissner il campo magnetico è espulso dai superconduttori come se il suo mediatore, il fotone, acquisisse una massa Nella teoria BCS il meccanismo di Higgs è messo in atto dalle coppie di Cooper, elettroni con spin opposti che accoppiati si comportano come bosoni Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 30

L’unificazione elettrodebole 1967: Weinberg e Salam applicano il meccanismo alle interazioni elettrodeboli con 4 bosoni di gauge ed 1 doppietto di campi scalari complessi (4 componenti) Durante la rottura di simmetria, i bosoni di gauge W+, W-, Z0 e g, si formano dal mixing di quelli elettrodeboli W1, W2, W3 e B, in modo che: lo Z0 mimi tutti gli accoppiamenti del g, oltre a quello con i neutrini sinistrorsi i W± acquisiscano carica elettrica, ora disaccoppiata dall’ipercarica debole in seguito alla rottura stessa Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 31

Conferme del modello 1971: ‘t Hooft riesce a rinormalizzare la teoria 1973: nell’esperimento Gargamelle vengono osservati i primi eventi di urto elastico a corrente neutra dei neutrini 1983: grazie a nuove tecniche di accelerazione e rivelazione di particelle, messe a punto da Van der Meer e Rubbia, all’SPS del CERN vengono infine scoperti i bosoni massivi W± e Z0 Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 32

Il fascino 1964: per ragioni di simmetria tra le famiglie dei quark e dei leptoni , Bjorken e Glashow ipotizzano l’esistenza di un IV quark, a cui assegnano il nome di charm (c) 1970: Glashow, Iliopoulos e Maiani (GIM) capiscono l’importanza del charm per sopprimere le interazioni a corrente neutra con cambiamento di sapore 1974: la Rivoluzione di Novembre Ting e Richter annunciano nello stesso giorno la scoperta in esperimenti indipendenti di una nuova particella, che chiamano rispettivamente J/y e che non è altro che il charmonio Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 33

La violazione CP Coniugazione di carica (C): trasformazione discreta che inverte una particella con la sua antiparticella Fino al 1964 si riteneva che la simmetria combinata CP fosse rispettata anche nei decadimenti deboli Cabibbo propone un mixing tra le diverse generazioni di quark descritto tramite un angolo qC detto angolo di Cabibbo Cronin & Fitch osservano una violazione della simmetria CP nel decadimento dei kaoni neutri (KS & KL) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 34

La terza generazione… 1973: sviluppando il lavoro di Cabibbo, Kobayashi e Maskawa propongono una matrice di violazione CP (CKM) che richiede l’esistenza di una III generazione di fermioni 1975: Perl scopre il tauone (t), la I particella della nuova generazione e, con una massa mt~3500 me , la più pesante nella famiglia dell’elettrone 1977: Lederman scopre il quark bottom (b), di carica qb=-1/3e come down e strange, e massa mb~4mp Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 35

…e finalmente anche l’ultima! 1989: misure di precisione della vita media del bosone Z0 eseguite presso l’acceleratore e-/e+ (LEP) del CERN, indicano che questa è compatibile con l’esistenza di soli 3 neutrini non massivi, o comunque molto leggeri 1995: dopo oltre 20 anni dalla prima ipotesi della sua esistenza, viene scoperto l’ultimo quark, il top (t), con carica qt=+2/3e come l’up e il charm e massa circa pari a quella di un atomo di tungsteno! Non si riesce a dare ragione di un valore così grande… 2000: dopo altri 5 anni viene infine scoperto l’ultimo sfuggente neutrino, quello tauonico (nt) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 36

Il Modello Standard 1974: Iliopoulos espone una raccolta delle conoscenze sulle particelle e le interazioni fondamentali Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 37 37

La lagrangiana La teoria del quasi tutto, così vasta da descrivere… il 5 % dell’Universo?!? Tutto il Modello Standard è contenuto in questa formula Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 38

Il bosone di Higgs Il campo di Higgs permea il vuoto in tutto l’Universo Ogni fermione perturba il campo attraversandolo Il fermione acquista una massa proporzionale all’intensità del suo accoppiamento di Yukawa con il campo Il campo di Higgs è soggetto anche ad autointerazione La propagazione di tali autointerazioni corrisponde alla condensazione di un bosone massivo detto appunto bosone di Higgs (H0) Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 39

La particella dannata di Dio Anni ‘70: pur sapendo che gli accoppiamenti dell’Higgs con le altre particelle elementari devono essere proporzionali alle rispettive masse, la fisica teorica non è in grado di prevederne l’intensità Anni ‘80: inizia la ricerca su larga scala del bosone H0 1993: Lederman propone il titolo The Goddamn Particle… per un suo testo divulgativo sulla caccia al bosone di Higgs, ma l’editore suggerisce di trasformarlo in The God Particle… Anni 2000: viene definitivamente esclusa la possibilità che l’Higgs abbia massa inferiore a 100 GeV/c2 Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 40

Ricerca al Large Hadron Collider (LHC) Anni ‘90: l’obiettivo primario del nuovo acceleratore p/p del CERN, l’LHC, sarà la scoperta dell’Higgs La ricerca viene affidata a 2 enormi esperimenti indipendenti, capaci all’incirca delle stesse prestazioni con soluzioni ingegneristiche differenti: ATLAS e CMS Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 41

La scoperta 2011: prime evidenze di una nuova particella 04/07/12: le 2 collaborazioni annunciano insieme la scoperta di una particella di tipo Higgs, di massa mH~126 GeV/c2, con una significatività statistica di 5s (probabilità di falso positivo < 3·10-7) 2013-16: negli anni successivi viene sostanzialmente confermata la natura della particella scoperta Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 42

Premi ed onorificenze 2013: Higgs ed Englert, vengono insigniti del premio Nobel per aver proposto il meccanismo di acquisizione della massa Ai principali artefici della scoperta, come Guido Tonelli e Fabiola Gianotti, sono assegnati altri premi ed onorificenze Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 43

Alcuni problemi aperti… Problema della gerarchia (correzioni radiative alla massa dell’Higgs) Supersimmetria (SUSY)? Natura non elementare del bosone di Higgs? Materia oscura (massa mancante) Supersimmetria (SUSY)? Gravità modificata (MOND)? Energia oscura (espansione accelerata) Costante cosmologica? Energia del vuoto? Asimmetria barionica (materia-antimateria) Violazione massimale CP? Struttura a domini? Oscillazione di sapore dei neutrini Massa piccola ma non nulla? Neutrini destrorsi? Gravità quantistica Stringhe o loop? Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 44

…ed una certezza Buon lavoro! «…che il punto di partenza sarà una nuova generazione di giovani scienziati: menti fresche, ardite, desiderose di dimostrare al mondo che possono riuscire laddove tutte le generazioni precedenti hanno fallito.» (Guido Tonelli) La fisica non sarà conclusa in 6 mesi… La soluzione dei prossimi problemi spetta alla nuova generazione… Buon lavoro! Pieve di Soligo, Giovedì 23/02/2017 Prof. Francesco Maria Cardano Prof. Francesco Zampieri I.S.I.S.S. Marco Casagrande Dagli acceleratori di particelle al bosone di Higgs, 45