Bosone W, nuova misura da record pubblicata su Nature: Pisa protagonista della ricerca al CERN
Nuova misura del bosone W pubblicata su Nature: al CERN la collaborazione CMS, con un ruolo chiave dell'Università di Pisa, ottiene il valore più preciso della massa della particella, confermando le previsioni del Modello Standard e chiarendo la discrepanza emersa nel 2022
di Giulia Giuffrida
Una delle particelle fondamentali dell'universo torna sotto i riflettori della fisica internazionale. È stata infatti pubblicata sulla rivista Nature una nuova, precisissima misura della massa del bosone W, ottenuta grazie all'esperimento CMS al CERN di Ginevra. Il risultato non solo rappresenta una delle detrminazioni più accurate mai raggiunte, ma conferma anche con grande solidarietà le previsioni del Modello Standard, la teoria che descrive le particelle elementari e le loro interazioni.
A giocare un ruolo fondamentale di primo piano è stato il gruppo pisano, composto da ricercatori dell'Università di Pisa, dell'INFN e della Scuola Normale, impegnati fin dalle prime fasi dell'analisi all'interno della collaborazione internazionale CMS, che coinvolge oltre 3000 scienziati in tutto il mondo.
Il valore misurato della massa del bosone W è pari a 80360,2 ± 9,9 MeV (megaelettronvolt), una misura dalla precisione senza precedenti per i dati raccolti al Large Hadron Collider (LHC), il più potente acceleratore di particelle esistente. Questo risultato rafforza ulteriormente la validità del Modello Standard, soprattutto alla luce di una misura precedente, pubblicata nel 2022 dall'esperimento CDF negli Stati Uniti, che aveva evidenziato una discrepanza significativa rispetto alle previsioni teoriche, aprendo interrogativi nella comunità scientifica.
Il bosone W è una particella fondamentale: insieme al bosone Z, è il mediatore della forza debole, una delle quattro forze fondamentali della natura responsabile, tra le altre cose, di alcuni processi di decadimento radioattivo. La sua scoperta risale al 1983 proprio al CERN, grazie al lavoro di Carlo Rubbia e Simon Van Der Meer, premiati con il Nobel per la Fisica nel 1984.
Misurare con estrema precisione la massa del bosone W non è solo un esercizio di accuratezza sperimentale. Si tratta infatti di un test cruciale per il Modello Standard: secondo la teoria, le masse delle particelle sono legate tra loro da relazioni molto precise ed eventuali deviazioni potrebbero indicare la presenza di nuove particelle o fenomeni ancora sconosciuti, aprendo la strada a una descrizione differente dal modello attuale.
Il risultato pubblicato su Nature nasce da un'analisi estremamente complessa. Gli scienziati hanno studiato miliardi di collisioni tra protoni generate all'interno dell'LHC, selezionando circa 100 milioni di eventi compatibili con la produzione di un bosone W. Poiché questa particella decade quasi istantaneamente in un muone e un neutrino (evento impossibile da rilevare in maniera diretta) la sua massa è stata ricostruita indirettamente attraverso sofisticate simulazioni e misure di altissima precisione del muone riprodotto.
Il rivelatore CMS è stato fondamentale in questo processo. Capace di registrare fino a 40 milioni di collisioni al secondo, consente di cattturare con grande dettaglio le tracce lasciate dalle particelle, permettendo ai ricercatori di ricostruire gli eventi con straordinaria accuratezza.
Un contributo importante al lavoro è arrivato anche dal progetto europeo ERC ASYMOW coordinato da Lorenzo Bianchini, professore del Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa. Negli ultimi anni, il progetto ha rafforzato il ruolo del gruppo pisano nello studio del bosone W, coinvolgendo attivamente ricercatori e dottornadi non solo nell'analisi dei dati, ma anche nei test durante il processso di revisione sceintifica.
La pubblicazione su Nature è infatti il risultato di un lungo e articolato percorso di peer review, durante il quale sono stati effettuati controlli approfonditi su ogni aspetto dell'analisi: dalle metodologie sperimentali alle simulazioni teoriche, fino alla valutazione delle incertezze sistematiche. Tutti i test sono stati superati con esito positivo, confermando la robustezza e l'affidabilità del risultato.
Questa nuova misura rappresenta anche un passo importante per risolvere il cosidetto "puzzle del bosone W", nato dopo il risultato del 2022 che sembrava mettere in discussione il Modello Standard. Il dato ottenuto al CERN riporta invece coerenza tra teoria ed esperimetno, riducendo la tensione emersa negli ultimi anni.
Il risultato pubblicato consolida il ruolo dell'Università di Pisa e delle istituzioni italiane nelle grandi collaborazioni internazionali della fisica delle alte energie. In un campo in cui la ricerca è sempre più globale e disciplinare, il contributo di gruppi altamente specializzati come quello pisano si conferma decisivo per affrontare le sifede più complesse della sceinza contemporanea.
In definitiva, la nuova misura della massa del bosone W non è solo un traguardo tecnico, ma un tassello fondamentale per la comprensione dell'universo a livello più profondo.