tevatrondi Vittorio Pellegrini*
Accelerare protoni e antiprotoni gli uni contro gli altri a velocità prossime a quelle della luce. Poi “raccogliere” con certosina minuzia i frammenti di questi urti per indagare le forze fondamentali della natura. Questo è quello che fanno i fisici delle alte energie utilizzando acceleratori di particelle come il Tevatron al “Fermilab” di Chicago. I risultati hanno fino a ora permesso di verificare il modello standard, la teoria che descrive le particelle elementari, compreso il bosone di Higgs non ancora osservato, e tre delle quattro forze (gravità esclusa) della natura. Ma i fisici, per loro missione, hanno l’esigenza di tentare di falsificare le teorie che sembrano funzionare.

Questo accade raramente e forse oggi ci troviamo di fronte a uno di questi eventi, risultato di un esperimento (CDF) effettuato al Fermilab da un team di ricercatori di varie nazionalità, tra cui molti italiani appartenenti ai gruppi dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). I risultati suggeriscono l’esistenza di una nuova particella che potrebbe svelare la presenza di una sconosciuta quinta forza della natura. Per capire di più chiediamo spiegazioni a Giorgio Chiarelli, dirigente di ricerca dell’INFN, membro del team che ha riportato la scoperta e responsabile del gruppo di Pisa dell’esperimento CDF.

Questi esperimenti al Tevatron sono stati progettati per invalidare il modello standard oppure per renderlo invincibile con l’osservazione del bosone di Higgs?

Il nostro esperimento prende dati dal 1985. A quell’epoca il modello standard delle particelle elementari doveva ancora essere provato in dettaglio e noi l’abbiamo fatto. Nel 1995 abbiamo scoperto il quark top (che era previsto) ed ora cerchiamo il bosone di Higgs. Nel modello standard è questa particella che fornisce massa a tutte le altre. E’ un po’ una piramide rovesciata. Al vertice c’è’ il bosone di Higgs. Se non fosse osservato dovremmo rivedere tutta la piramide.

I vostri dati però indicano un anomalo alto numero di “frammenti” ad una energia di circa 140 GeV (un massa che corrisponde circa a quella di un atomo di oro). Cosa c’è di tanto strano?

La nostra analisi studia la produzione associata di alcune particelle elementari che può essere dovuta sia a processi previsti dal modello standard (che noi chiamiamo “fondo”) che alla produzione di una nuova particella. Quello che abbiamo osservato è un eccesso di eventi nella regione attorno a 140 GeV. Questo eccesso è statisticamente significativo. Non è dovuto al bosone di Higgs (perchè ne vedremmo troppi). Ci sono alcune teorie che prevedono o nuove particelle o nuove forze. Questo eccesso potrebbe però essere anche dovuto ad una comprensione non adeguata dei processi del modello standard che costituiscono il fondo.

Un esperimento che riporta una potenziale scoperta può generare scetticismo anche tra i fisici stessi. Quali sono i punti deboli della vostra osservazione e quali sono i test necessari per corroborarla?

Quando ci si muove in un terreno di scoperta, è bene innanzitutto controllare e ricontrollare i propri dati. Dopodiché si pubblica per permettere la verifica da parte di colleghi. Noi l’abbiamo fatto. Physical Review Letters, la più autorevole rivista USA del settore ha già accettato la pubblicazione che abbiamo sottomesso lunedì. Ora è il momento della verifica da parte di altri esperimenti (sia effettuati da noi che al CERN). Quanto al punto debole, la definizione di eccesso si basa su una comprensione del fondo dettata dalle teorie correnti. La nostra osservazione (ma già questo sarebbe di per se interessante) potrebbe dimostrare che queste non sono in grado di descrivere i processi del modello standard in modo adeguato.

Questi progetti richiedono dei massicci investimenti e collaborazioni internazionali. Quale è l’apporto Italiano in questo esperimento?

Alcuni gruppi italiani dell’INFN tra cui quello di Pisa sono tra i “padri fondatori” dell’esperimento (insieme a università in USA e a laboratori giapponesi). Con il pieno supporto dell’INFN abbiamo ideato, costruito, e operato parti dell’esperimento, e ricopriamo ruoli chiave nel team e diamo un contributo importante all’analisi dei dati. Il lavoro che oggi ha tanta risonanza, è parte della tesi di dottorato di un membro di CDF-Pisa (Viviana Cavaliere) che è stata la persona che ha presentato questo risultato in un seminario tenutosi ieri presso il Fermilab. La possibilità che ci dà l’INFN di supportare giovani brillanti nel loro lavoro è una delle chiavi di questo successo che ci permette di provare a non farli fuggire all’estero.

*Fisico, Scuola Normale Superiore di Pisa