Looking for Mr. Higgs – 1

Un po’ di tempo fa, parlavamo della ricerca del bosone di Higgs (chiamiamolo H, d’ora in poi), che sarà al centro delle attività dell’LHC del Cern, e che è già da tempo uno dei temi di ricerca al Tevatron, l’acceleratore del FermiLab, meno potente dell’LHC ma già in funzione da anni. E’ molto probabile che da uno di questi due laboratori, entro qualche anno, giunga la scoperta dell’ultima particella che manca per completare il quadro del Modello Standard.

In questo post, vorrei proprio discutere qualche insidia logica che si nasconde nell’analizzare i risultati di questo tipo di esperimenti; nel farlo, mi ispirerò a diversi post (a partire da questo) dell’eccellente blog di Tommaso Dorigo, che non mi stancherò di raccomandare agli appassionati di Fisica fondamentale. Tuttavia, considerato che quel blog è in inglese e, soprattutto, è ricco di contenuti comprensibili solo a chi ha una buova conoscenza di alcuni fondamenti della Fisica delle Alte Energie, non tutti possono forse sentirsela di seguirlo. Partiamo comunque da una premessa: lo scopo della ricerca di cui ci occupiamo è trovare una particella di cui non si conosce la massa. Proprio per questo motivo, può essere interessante fare qualche osservazione di metodo, anche se temo che prima di arrivarci dovrete sorbirvi una trattazione un po’ pesante: chi si annoia facilmente farebbe meglio a cambiare canale adesso.

Naturalmente, non conoscendo la massa di H, la ricerca deve essere estesa a un ampio intervallo di possibilità, tendendo a escludere poi quelle in cui gli esperimenti non trovano nulla. In altre parole, si procede per esclusione, eliminando progressivamente dalla ricerca intervalli di valori possibili della massa di H, restringendo il campo dell’indagine.

Altrettanto naturalmente, questo procedimento per esclusione è basato sulla statistica: se non troviamo H a un certo valore di massa, non possiamo essere matematicamente certi che non sia quella la massa giusta; possiamo solo dire che la probabilità che H abbia quella massa è bassa. In questo modo, i fisici cercano di costruire una “mappa” degli intervalli esclusi e permessi, che permetta di indirizzare correttamente gli esperimenti successivi. La figura sotto riporta una recente versione della mappa che riguarda H, da cui si vede che l’ “esclusione” significa che i valori in un certo intervallo hanno meno del 5% di probabilità di corrispondere alla massa di H.

L’intervallo “libero” che vedete tra 114 (GeV; 1 GeV è approssimativamente pari alla massa di un protone) e 160 è quello che i fisici considerano più promettente, e che sarà studiato all’LHC. Molti si attendono in realtà che H abbia una massa tra 120 e 140 GeV, e in questo caso l’LHC non dovrebbe mancare di scoprirlo.

Dalla figura si vede anche che gli intervalli esclusi sono ovviamente derivanti dai risultati di diversi esperimenti. Questo fatto, e la precedente considerazione sul fatto che queste “esclusioni” sono in realtà probabilistiche, sono alla base del ragionamento che vorrei fare; per questo post, tuttavia, mi sembra di essere già stato abbastanza lungo, e rimanderei il seguito alla prossima puntata…

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2 thoughts on “Looking for Mr. Higgs – 1

  1. Pingback: Un breve punto sulla ricerca del bosone di Higgs | L'Incompetente

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