Ha preso il via a Chicago la 38° edizione di ICHEP, la conferenza internazionale di fisica delle alte energie che metterà a confronto fisici di tutto il mondo sui progressi della fisica delle particelle, dell’astrofisica e della cosmologia, nonché sui futuri sviluppi nel campo della costruzione di prossime macchine acceleratrici.
I riflettori sono ovviamente puntati su LHC, il superacceleratore del CERN di Ginevra, che oggi è il più potente acceleratore al mondo e che in questi mesi ha stupito fisici e ingegneri per le sue altissime prestazioni, oltre le aspettative di progetto. La nuova fase di presa dati di LHC, il RUN2, ricominciata questa primavera, quindi solo da pochi mesi, con collisioni all’energia nel centro di massa di 13 TeV, sta infatti procedendo molto bene. La macchina ha stabilito un nuovo record superando a giugno la luminosità di progetto e ottenendo più di un miliardo di collisioni per secondo, accelerando 2.000 pacchetti di protoni in ogni fascio. Operando in questo modo, LHC ha messo gli esperimenti nelle condizioni di analizzare in pochi mesi una quantità di dati già pari a circa quattro volte quella della prima fase del RUN2 (2015). E questo prova che, non soltanto la macchina sta funzionando in modo eccezionale, ma anche gli esperimenti sono capaci di ottime prestazioni, tant’è che sono riusciti ad analizzare e comprendere i nuovi dati, presi in un regime di alta luminosità, in un tempo brevissimo. Nel corso della settimana di ICHEP saranno quindi presentati da parte degli esperimenti più di un centinaio di lavori. “L’acceleratore sta funzionando come non avremmo potuto sperare”, commenta Marina Cobal, responsabile INFN di ATLAS. “E gli esperimenti analizzano i dati, producendo risultati a una velocità impensabile: se c’è nuova fisica che si manifesta nelle collisioni a 13 TeV la troveremo!”, conclude Cobal.
ATLAS e CMS hanno già esplorato un territorio che si estende fino a masse di circa 4 TeV, alla ricerca di nuove particelle che decadono in coppie di elettroni o muoni. Il possibile segnale di nuova particella di massa 750 GeV che decade in due fotoni comparso con bassa significatività statistica nel 2015, non è stato confermato dai dati del 2016 presentati alla conferenza: l’eccesso visto nei dati precedenti in questo canale è quindi probabilmente legato a una fluttuazione statistica.
Un ruolo speciale, poi, spetta allo studio del bosone di Higgs, scoperto a LHC nel 2012 e le cui proprietà sono ora misurate in collisioni a più alta energia, col vantaggio di una produzione più copiosa di eventi rari. I nuovi dati presentati a ICHEP riconfermano la produzione del bosone di Higgs in collisioni protone-protone anche alle nuove energie. “È stato emozionante rivedere il segnale del bosone di Higgs a 13 TeV”, commenta Roberto Tenchini, responsabile INFN di CMS. “Si è aperta una stagione di misure sempre più precise delle proprietà di questa particella cardine del Modello Standard”. ATLAS e CMS stanno studiando grazie a misure sempre più precise l’accoppiamento del bosone di Higgs alle particelle con le quali interagisce fornendo loro massa: a questo proposito è di particolare interesse lo studio dell’accoppiamento con il quark top, la particella più massiva finora rivelata dagli esperimenti e sulla quale vengono presentate nuove importanti misure alla conferenza. Continua inoltre la ricerca di fenomeni non previsti dal Modello Standard delle particelle elementari: i dati raccolti a 13 TeV permettono di estendere considerevolmente il territorio esplorato per la ricerca di Nuova Fisica. In questo contesto un esempio significativo è rappresentato dalla ricerca di nuove particelle rilevate dai loro decadimenti in particelle conosciute o in energia mancante, come quella prodotta da neutrini o potenzialmente prodotta da materia oscura.
LHCb presenta a ICHEP nuovi risultati nel campo della fisica del sapore. Una delle ricerche più interessanti è la scoperta di un nuovo modo di decadimento del mesone B0 in K+ K-, che rappresenta il più raro decadimento mai osservato del mesone B in uno stato finale adronico. "Questo risultato contribuirà a rendere più precisi i calcoli di QCD sulla dinamica del decadimento di adroni contenenti quark pesanti, ingrediente fondamentale nella ricerca di nuove particelle e nuove interazioni oltre a quanto previsto dal Modello Standard", commenta Alessandro Cardini, responsabile INFN di LHCb.
Vi sono inoltre le ricerche con sensibilità senza precedenti per la violazione di CP, un fenomeno molto “sottile” che però è in grado di spiegare perché, subito dopo il Big Bang, la natura abbia “preferito” la materia all’antimateria. Il nuovo risultato di LHCb sul decadimento dei mesoni D è al momento compatibile con una simmetria di CP, in contrasto con le violazioni conosciute nell'ambito dei decadimenti dei mesoni K e B, mostrando ancora una volta l'eccellente accordo dei risultati sperimentali con quanto previsto dal Modello Standard.
LHCb ha anche realizzato misure che potrebbero aiutare a rivelare alcuni nuovi fenomeni, come la prima misura della polarizzazione dei fotoni nei decadimenti radiativi dei mesoni Bs, e il confronto della probabilità di produzione di una coppia di mesoni B alle energia di collisione di 7 TeV e 13 TeV. Alcuni di questi risultati, a prima vista, sembrerebbero essere in contrasto con le previsioni attuali.
La Collaborazione ALICE presenta nuove misure delle proprietà del plasma di quark e gluoni. Questo stato estremo della materia, prodottosi pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, può essere ricreato sperimentalmente per un tempo molto breve nelle collisioni di nuclei pesanti accelerati a LHC. I fisici di ALICE hanno eseguito misurazioni fondamentali all’energia massima di collisione mai raggiunta, studiando la soppressione della produzione di stati di quarkonium nel plasma. Questi risultati forniscono informazioni su come le forze nucleari siano modificate in questo stato primordiale della materia e su come i quark si combinino a formare particelle ordinarie a seguito della collisione. ALICE è stato anche in grado di misurare la viscosità del plasma alla nuova energia, mostrando che è quasi come un liquido ideale, lo stesso comportamento osservato a energie di collisione inferiori. “I dati di Run 1 ci hanno consentito significativi progressi nella comprensione del Plasma di Quark e Gluoni che si crea nelle collisioni Pb-Pb al LHC, ma hanno anche sollevato numerosi interrogativi cui speriamo di dare risposta nel corso di Run2 e dei successivi, grazie all’importante upgrade dell’apparato sperimentale in fase di realizzazione”, è il commento di Vito Manzari, responsabile INFN di ALICE.
Le ricerche presentate a ICHEP sono assai promettenti in vista dei nuovi dati in arrivo entro la fine del 2016 e poi nei prossimi anni: ci si aspetta, infatti, entro fine di quest’anno un raddoppio della luminosità integrata (la luminosità totale in un dato intervallo di tempo) fornita da LHC.
