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.

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.

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.

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.