Il Compact Muon Solenoid (CMS) è un rivelatore generico del Large Hadron Collider (LHC). Ha un ampio programma di fisica che va dallo studio del modello standard (incluso il bosone di Higgs) alla ricerca di dimensioni e particelle extra che potrebbero costituire la materia oscura. Il rilevatore CMS è costruito attorno a un enorme magnete a solenoide., Questo assume la forma di una bobina cilindrica di cavo superconduttore che genera un campo di 4 tesla, circa 100.000 volte il campo magnetico della Terra. Il campo è confinato da un “giogo” in acciaio che forma la maggior parte del peso del rivelatore di 14.000 tonnellate. Credit: CERN
Il bosone di Higgs è la particella fondamentale associata al campo di Higgs, un campo che dà massa ad altre particelle fondamentali come elettroni e quark. La massa di una particella determina quanto resiste cambiando la sua velocità o posizione quando incontra una forza. Non tutte le particelle fondamentali hanno massa., Il fotone, che è la particella di luce e porta la forza elettromagnetica, non ha affatto massa.
Il bosone di Higgs fu proposto nel 1964 da Peter Higgs, François Englert e altri quattro teorici per spiegare perché certe particelle hanno massa. Gli scienziati hanno confermato la sua esistenza nel 2012 attraverso gli esperimenti ATLAS e CMS al Large Hadron Collider (LHC) al CERN in Svizzera. Questa scoperta ha portato al Premio Nobel per la Fisica 2013 assegnato a Higgs e Englert.,
Il primo terminale del rivelatore interno ATLAS dopo l’inserimento completo all’interno del criostato di argon liquido. Credit: © CERN
Gli scienziati stanno ora studiando le proprietà caratteristiche del bosone di Higgs per determinare se corrisponde esattamente alle previsioni del modello standard della fisica delle particelle. Se il bosone di Higgs si discosta dal modello, può fornire indizi a nuove particelle che interagiscono solo con altre particelle Modello standard attraverso il bosone di Higgs e quindi portare a nuove scoperte scientifiche.,
Tunnel LHC. Credit: © CERN
Fatti del bosone di Higgs
- Il bosone di Higgs ottiene la sua massa proprio come le altre particelle—dalle proprie interazioni con il campo di Higgs.
- Potrebbe esserci più di un bosone di Higgs. Un modello teorico di nuova fisica prevede cinque bosoni di Higgs.
- Mentre il bosone di Higgs dà massa ai quark che compongono un protone, è responsabile solo di dare un protone circa il 10% della sua massa., L’altro 90% della massa di un protone proviene dalle complesse interazioni dei quark e della forte forza nucleare.
- Poiché il bosone di Higgs ha il ruolo di generare la massa di altre particelle e il fatto che la materia oscura può essere rilevata principalmente attraverso la sua massa, il bosone di Higgs può essere un portale unico per trovare segni di materia oscura.
DOE Office of Science: Contributions to Higgs Boson Research
L’LHC del CERN è il collisore di particelle a più alta energia del mondo. Attualmente è l’unico posto in cui gli scienziati possono creare e studiare i bosoni di Higgs., Il DOE Office of Science (SC) ha contribuito importanti magneti acceleratori per aiutare a costruire l’LHC. DOE supporta anche molti scienziati, ingegneri e tecnici nel programma LHC. L’LHC ospita quattro grandi rivelatori sperimentali di particelle, due dei quali sono parzialmente supportati dall’Office of High Energy Physics di SC: ATLAS e CMS. I ricercatori statunitensi rappresentano circa il 20% e il 25% delle collaborazioni ATLAS e CMS, rispettivamente. Svolgono anche ruoli di leadership in molti aspetti di ogni esperimento., Questi esperimenti stanno facendo misurazioni precise delle proprietà del bosone di Higgs per determinare se corrisponde alle previsioni del modello standard o offre indizi per nuova fisica, esplorando nuove particelle e le loro interazioni e identificando la nuova fisica della materia oscura.