Un risultato storico nel rivelare le forze fondamentali dell’universo al Large Hadron Collider

Ricercatori dell’Università di Rochester che lavorano con la collaborazione CMS su CERNAbbiamo compiuto progressi significativi nella misurazione dell’angolo di mescolamento elettrodebole, migliorando la nostra comprensione del Modello Standard della fisica delle particelle.

Il loro lavoro aiuta a spiegare le forze fondamentali dell’universo, supportato da esperimenti come quelli del Large Hadron Collider che approfondiscono condizioni simili a quelle verificatesi dopo la grande esplosione.

Scopri i segreti cosmici

Nella ricerca per decifrare i segreti dell’universo, i ricercatori dell’Università di Rochester sono coinvolti da decenni in una collaborazione internazionale presso l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, nota come CERN.

Basandosi sul loro ampio coinvolgimento al CERN, in particolare nell’ambito della collaborazione CMS (Compact Muon Solenoid), il team di Rochester – guidato da Ari Budek, George E. Buck: un recente risultato rivoluzionario. Il loro risultato si concentra sulla misurazione dell’angolo di mescolamento elettrodebole, una componente fondamentale del Modello Standard della fisica delle particelle. Questo modello descrive come le particelle interagiscono e prevede con precisione un’ampia gamma di fenomeni in fisica e astronomia.

“Le misurazioni recenti dell’angolo di miscelazione della forza elettrodebole sono incredibilmente accurate, poiché sono state calcolate dalle collisioni di protoni al CERN, e fanno avanzare la comprensione della fisica delle particelle”, afferma Budick.

IL Collaborazione in un sistema di gestione dei contenuti La collaborazione CMS riunisce membri della comunità di fisica delle particelle di tutto il mondo per comprendere meglio le leggi fondamentali dell’universo. Oltre a Bodek, il gruppo di Rochester nel progetto CMS Collaboration comprende i ricercatori principali Regina DeMina, professoressa di fisica, e Aran Garcia Bellido, professore associato di fisica, insieme a ricercatori post-dottorato e studenti laureati e universitari.

I ricercatori dell’Università di Rochester hanno una lunga storia di lavoro al CERN come parte della collaborazione Compact Muon Solenoid (CMS), compreso il ruolo chiave nella scoperta del bosone di Higgs nel 2012. Copyright: Samuel Joseph Herzog; Giuliano Marius Urdan

L’eredità della scoperta e dell’innovazione al CERN

Situato a Ginevra, in Svizzera, il CERN è il più grande laboratorio di fisica delle particelle al mondo ed è noto per le sue scoperte pionieristiche e gli esperimenti all’avanguardia.

I ricercatori di Rochester hanno una lunga storia di lavoro al CERN come parte della collaborazione CMS, ricoprendo anche ruoli chiave in… Scoperta del bosone di Higgs nel 2012– Una particella elementare che aiuta a spiegare l’origine della massa nell’universo.

Il lavoro della collaborazione comprende la raccolta e l’analisi dei dati raccolti dal rilevatore di solenoidi di muoni integrato nel Large Hadron Collider del CERN, l’acceleratore di particelle più grande e potente del mondo. L’LHC è costituito da un anello lungo 17 miglia di magneti superconduttori e strutture acceleratrici costruite sottoterra e si estende lungo il confine tra Svizzera e Francia.

Lo scopo principale dell’LHC è esplorare gli elementi costitutivi fondamentali della materia e le forze che li governano. Ciò si ottiene accelerando fasci di protoni o ioni quasi alla velocità della luce e scontrandosi tra loro a energie estremamente elevate. Queste collisioni ricreano condizioni simili a quelle esistenti pochi millisecondi dopo il Big Bang, consentendo agli scienziati di studiare il comportamento delle particelle in condizioni estreme.

Smantellamento delle forze unificate

Nel 19° secolo, gli scienziati scoprirono che le diverse forze dell’elettricità e del magnetismo sono interconnesse: un campo elettrico variabile produce un campo magnetico e viceversa. Questa scoperta costituì la base dell’elettromagnetismo, che descrive la luce come un’onda e spiega molti fenomeni ottici, oltre a descrivere come interagiscono i campi elettrici e magnetici.

Basandosi su questa comprensione, i fisici negli anni ’60 scoprirono che l’elettromagnetismo è correlato a un’altra forza: la forza debole. La forza debole opera all’interno del nucleo degli atomi ed è responsabile di processi come il decadimento radioattivo e l’alimentazione della produzione di energia nel Sole. Questa scoperta portò allo sviluppo della teoria elettrodebole, che presuppone che l’elettromagnetismo e la forza debole siano in realtà manifestazioni a bassa energia di una forza unificata chiamata interazione elettrodebole unificata. Scoperte chiave, come il bosone di Higgs, hanno confermato questo concetto.

Sviluppi nell’interazione elettrodebole

Il team CMS ha recentemente effettuato una delle misurazioni più precise finora di questa teoria, analizzando miliardi di collisioni di protoni al Large Hadron Collider del CERN. Il loro obiettivo era misurare l’angolo di miscelazione debole, un parametro che descrive come l’elettromagnetismo e la forza debole si mescolano per formare particelle.

Precedenti misurazioni dell’angolo di miscelazione elettrodebole hanno suscitato controversie all’interno della comunità scientifica. Tuttavia, gli ultimi risultati sono strettamente coerenti con le previsioni del Modello Standard della fisica delle particelle. Lo studente laureato di Rochester Rice Taus e il ricercatore post-dottorato Aliko Khokhonishvili hanno implementato nuove tecniche per ridurre l’incertezza metodologica inerente a questa misurazione, migliorandone l’accuratezza.

Comprendere l’angolo di miscelazione debole fa luce su come le diverse forze nell’universo lavorano insieme su scala più piccola, approfondendo la comprensione della natura fondamentale della materia e dell’energia.

“Il team di Rochester ha sviluppato tecniche innovative e misurato questi parametri elettrodeboli dal 2010, per poi implementarli al Large Hadron Collider”, afferma Budick. “Queste nuove tecniche hanno inaugurato una nuova era di test di accuratezza delle previsioni del Modello Standard”.

La CMS Collaboration è una collaborazione scientifica internazionale responsabile dell’esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) presso il Large Hadron Collider dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN). La collaborazione riunisce più di 4.000 scienziati provenienti da più di 200 istituzioni e 50 paesi e conduce ricerche nella fisica delle alte energie, esplorando particelle e forze fondamentali, inclusa la famosa scoperta del bosone di Higgs nel 2012.