mercoledì 10 giugno 2015

Le nuove frontiere della fisica all'LHC

Nei primi mesi del 2013, il Large Hadron Collider (LHC)  è stato chiuso per due anni in modo da operare una manutenzione programmata e le necessarie riparazioni. Ora il programma di fisica, presso l'acceleratore più potente del mondo. è pronto a riavviarsi, questa volta a 13 TeV
- quasi il doppio la sua energia precedente. Questa nuova frontiera dell'energia permetterà ai ricercatori di sondare nuovi confini nella nostra comprensione della struttura fondamentale della materia.
Il bosone di Higgs . Il 4 luglio 2012, gli esperimenti ATLAS e CMS del CERN annunciavano la scoperta di un bosone di Higgs, una particella con una massa di 126 GeV. L'Higgs è la manifestazione più semplice del meccanismo Brout-Englert-Higgs che dà massa alle particelle. E 'la particella finale del modello standard - la teoria che spiega le particelle fondamentali e le forze tra loro - da verificare sperimentalmente. Aumentando l'energia di LHC aumenterà la possibilità di creare bosoni di Higgs in collisioni, il che significa maggiori opportunità per i ricercatori di misurare il bosone di precisione e per sondare i suoi decadimenti rari. Collisioni ad alta energia in grado di rilevare piccoli, sottili differenze tra ciò che il bosone assomiglia negli esperimenti, e ciò che il modello standard prevede.
Particelle esotiche .Alcune teorie prevedono che ci potrebbe essere una nuova serie di particelle che i fisici non possono rilevare perché non interagiscono tramite la forza elettromagnetica. Ma se queste particelle "Dark Sector" hanno massa,  potranno interagire con il campo associato con il bosone di Higgs. Quindi il bosone di Higgs diventa un punto di contatto tra il modello standard e nuove particelle, più esotiche.
Materia oscura. La materia oscura invisibile costituisce la maggior parte dell'universo - ma possiamo solo rilevarla dai suoi effetti gravitazionali. Ma che cosa è la materia oscura? Una idea è che potrebbe contenere "particelle supersimmetriche" - particelle ipotizzate che sono partner a quelli già noti nel modello standard. I dati di funzionamento a più alta energia nell’LHC potrebbero fornire indizi più diretti per risolvere il mistero.
Supersimmetria. Il modello standard ha lavorato splendidamente per prevedere ciò che gli esperimenti hanno mostrato finora circa i mattoni fondamentali della materia, ma la teoria è incompleta. Supersimmetria è un'estensione del modello standard che mira a colmare alcune lacune. Si prevede una particella partner per ogni particella del modello standard. Queste nuove particelle avrebbero risolto un grave problema, che fissa la massa del bosone di Higgs. Se la teoria è corretta, particelle supersimmetriche dovrebbero apparire in collisioni ad alta energia
in  LHC.
Dimensioni extra. Perché la gravità così è molto più debole rispetto alle altre forze fondamentali? Forse non sentiamo il pieno effetto di gravità, perché parte di essa diffonde per dimensioni extra. Ma come potremmo verificare per dimensioni extra? Una possibilità è quella di trovare le prove di particelle che possono esistere solo se dimensioni extra sono reali. Le teorie che richiedono dimensioni extra prevedono che, proprio come gli atomi hanno una stato fondamentale a basso consumo energetico e eccitati, stati ad alta energia, ci sarebbero le versioni più pesanti di particelle standard in altre dimensioni. Tali particelle pesanti potrebbero essere rivelate alle alte energie LHC raggiungerà in Run 2.
Antimateria. Ogni particella di materia ha una corrispondente antiparticella, esattamente corrispondenti la particella ma con carica opposta. Per l'elettrone, per esempio, vi è un "antielettrone" chiamato il positrone- identico in ogni modo, ma con una carica elettrica positiva. Ma quando materia e antimateria vengono a contatto, si annichilano, scomparendo in un lampo di energia. Il Big Bang avrebbe creato la stessa quantità di materia e antimateria. Allora, perché c'è molto di più la materia che antimateria nell'universo? L’esecuzione a più alta energia consentirà la produzione di più antiparticelle per il programma di antimateria del CERN – aiutando i fisici per verificare se le proprietà di antimateria differiscono da quelli della materia.
Plasma di quark e gluoni. Per pochi milionesimi di secondo, poco dopo il Big Bang, l'universo è stato riempito con una minestra densa in tutti i tipi di particelle, sorprendentemente calda e, che si muovevano nei pressi alla velocità della luce. Questa miscela è stata dominata da quark - pezzi fondamentali della materia - e gluoni, portatori della forza forte che normalmente "collante" quark insieme in protoni familiari, neutroni ed altre specie. In quei primi momenti evanescenti di temperature estreme, tuttavia, quark e gluoni erano legati solo debolmente, liberi di muoversi da soli in quello che è chiamato un plasma di quark e gluoni. Le collisioni di energia più elevata
in LHC consentirà caratterizzazione nuove e più dettagliate di questo plasma di quark e gluoni.


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