Prima misurazione della larghezza del bosone W all'LHC


In un nuovo studio presso l'LHC, i fisici sono stati in grado di determinare con precisione la larghezza del bosone W, una particella fondamentale coinvolta nelle interazioni deboli della natura.

Particelle fondamentali come il bosone W

La scoperta di bosone di Higgs nel 2012 aveva segnato un importante passo avanti nella nostra comprensione della fisica fondamentale colmando una lacuna cruciale nel Modello Standard. Tuttavia, questa svolta ha lasciato dietro di sé domande persistenti: cosa si nasconde oltre questo quadro ben consolidato? Dove si nascondono i nuovi fenomeni che possono risolvere i restanti misteri dell’Universo come la natura della materia oscura e l’origine dell’asimmetria materia-antimateria?

Per esplorare queste domande, i ricercatori si stanno rivolgendo ad altre particelle fondamentali, come bosone W. Quest'ultimo interviene nella interazioni nucleari deboli che rappresentano una delle quattro forze fondamentali della natura. Queste interazioni sono responsabili di processi come il decadimento beta dei nuclei atomici. Il ruolo di questo bosone è più precisamente quello trasportano una forza deboleche gli consente di influenzare il decadimento delle particelle.

L'importanza della massa

Lo studio del larghezza del bosone W è particolarmente importante. In effetti, questa misurazione è un parametro cruciale che potrebbe fornire indizi su nuovi fenomeni fisici oltre il modello standard.

Nell'ambito di uno studio, la collaborazione ATLAS ha effettuato una nuova misurazione della larghezza del bosone W all'LHC utilizzando i dati provenienti da collisione protone-protone. Si noti che la larghezza di una particella è direttamente correlata alla sua durata e aiuta a prevedere come decade in altre particelle. Pertanto, qualsiasi variazione significativa rispetto alle stime potrebbe indicare la presenza di fenomeni inspiegabili.

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Per chiarire ulteriormente, quando un bosone W decade, si trasforma in altre particelle, inclusi elettroni o muoni, oltre che neutrini. Tutti hanno un certo impulso o energia che può essere misurato e analizzato dai rilevatori. Studiando da vicino queste proprietà cinematiche, i ricercatori possono ricostruire le caratteristiche del decadimento del bosone W. Ciò permette loro di determinare l'ampiezza naturale di questo decadimento, cioè la gamma dei possibili momenti delle particelle emesse.

Confrontando questa misurazione sperimentale della larghezza del bosone W con le previsioni teoriche basate sul Modello Standard, gli scienziati possono quindi valutare se ci sono discrepanze significative tra i due. Se così fosse, ciò potrebbe in definitiva indicare la presenza di nuove particelle o interazioni.

bosone W au LHC
Veduta di una collisione in cui un candidato bosone W decade in un muone e un neutrino. Le tracce ricostruite di particelle cariche nella parte interna del rivelatore ATLAS sono rappresentate da linee arancioni. Crediti: ATLAS/CERN

Quali risultati?

Con questo approccio, i ricercatori hanno ottenuto una nuova misura di 2 202 ± 47 MeV. Questo è l'esperimento più preciso effettuato fino ad oggi. Sebbene leggermente superiore al valore previsto dal modello standard (entro 2,5 deviazioni standard), rimane coerente con esso a un livello statisticamente significativo.

Parallelamente, ATLAS ha misurato anche la massa del bosone W, ora stimata 80 367 ± 16 MeV, fornendo così un puntuale aggiornamento di questo fondamentale valore. Anche in questo caso, i risultati ottenuti sono in accordo con le previsioni del modello standard, il che rafforza la robustezza di questa teoria ormai consolidata. Tuttavia, questi progressi sono solo il primo di una serie di misure a venire. Le analisi future che utilizzano set di dati più ampi dovrebbero infatti ridurre ulteriormente le incertezze statistiche e sperimentali.

I dettagli dello studio sono pubblicati sul server della prestampa arXiv.

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