LA RICERCA CON IL COLLISORE LHC ALLA ENERGIA DEI 13 TeV

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«Con l’aumento di energia a 13 TeV nel run II, la situazione è destinata a diventare ancora più drammatica. LHC sarà in grado di testare scenari per la fisica oltre il Modello Standard SM in dettaglio e di sondare l’esistenza di nuove particelle previste da estensioni dello SM a un livello senza precedenti. I limiti attuali, anche se stringenti, non sono ancora conclusivi e non escludono completamente scenari naturali alla scala di Fermi, ma la situazione diventerà più chiara durante l’attuale run di fisica a LHC. A titolo di esempio, dalla supersimmetria i limiti di massa sui partner supersimmetrici del quark top (stops) sono di circa 500 GeV, un valore ancora compatibile con una teoria naturale della scala elettro-debole. Allo stesso modo, top partner fermionici di modelli di Higgs composito sono esclusi fino a circa 700 GeV. Con LHC a 13 TeV si ha accesso a scale di massa che sono almeno il doppio di quelle dei limiti attuali. Dal punto di vista teorico la domanda principale che avrà una significativa risposta da LHC nei prossimi anni riguarda la naturalezza dello SM. Per diversi decenni la ricerca nel campo della fisica delle particelle è stata guidata dal principio della naturalezza, ovvero l’idea che i parametri della teoria dovrebbero avere valori che non richiedono cancellazioni precise (tuning). Questo principio afferma che non si dovrebbe ottenere 1 in un calcolo a causa di una cancellazione accidentale di due numeri di ordine un miliardo o più. Applicato alla fisica delle particelle, il principio di naturalezza richiede l’esistenza di nuove particelle intorno scala del TeV. Ciò è estremamente eccitante visto che queste energie possono essere sondate da LHC. Se la teoria è naturale, nel senso convenzionale descritto sopra, nuove particelle devono esistere al di sotto della scala del TeV. Il principio in gioco è molto solido ed è stato applicato con successo in quasi tutti i sistemi fisici che conosciamo, ma non è un teorema matematico. In realtà la nostra idea di naturalezza è molto probabilmente fallita almeno una volta. Infatti la costante cosmologica risulta essere molto inferiore al suo valore naturale. Se il paradigma di naturalezza fallirà questa sarà comunque una rivoluzione per sé. Infatti se scoprissimo che la massa del bosone di Higgs si comporta come la costante cosmologica, ciò suggerirebbe immediatamente la possibilità che i parametri della teoria possano essere determinati dalle condizioni ambientali. Questo richiederebbe l’esistenza di universi multipli con valori completamente diversi dei parametri e anche con particelle diverse. La scoperta che viviamo in un «multiverso» sarebbe l’ultima rivoluzione copernicana: non solo viviamo in un angolo del nostro universo, ruotando attorno a una stella modesta, ma viviamo anche in un universo di un numero infinito di universi possibili. Purtroppo non è affatto chiaro come si possa mai verificare in maniera convincente questa ipotesi…»

Bibliografia.

[1] Stefania De Curtis, Michele Redi, “LHC13: la resa dei conti della Fisica delle Particelle”, rivista il Colle di Galileo, Volume 4, n. 2, pp. 65-71, 2015. (Firenze University Press).

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