Trovare la fonte della materia oscura è una delle aree chiave dell'astronomia moderna, e il bosone di Higgs può essere la chiave.
La conferma della scoperta del bosone di Higgs ci è arrivata nel 2012 dopo decine di anni di ricerche. Il bosone di Higgs, teoricamente previsto negli anni '60 e sperimentalmente confermato al Large Hadron Collider vicino a Ginevra, in Svizzera, alla fine portò il premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e François Engler.
Come già sappiamo, la particella di Higgs media il campo di Higgs, che dà massa a tutta la materia. La scoperta del bosone di Higgs al Large Hadron Collider divenne "l'elemento mancante" del modello standard di fisica. Il modello standard definisce la nostra comprensione del mondo quantico. Una specie di ricettario che ci permette di capire come particelle e forze subatomiche interagiscono su piccola scala.
Tuttavia, sebbene il Modello standard funzioni per la maggior parte dei nostri compiti, non è un modello completo. In particolare, il modello standard non include la gravità, ovviamente un'omissione molto importante. Inoltre, il modello standard non prevede la fonte della misteriosa materia oscura - un fatto che sta diventando sempre più controverso oggi. Gli studi cosmologici prevedono che l'84,5% dell'Universo consiste di materia oscura, che può avere forza gravitazionale e non interagisce con la forza elettromagnetica. Questo tipo di materia, nota come materia non barionica, non può essere vista, ma i suoi effetti diventano evidenti, ad esempio, osservando gli effetti gravitazionali in gruppi di galassie. Possiamo esserne sicuri, ma semplicemente non possiamo vederlo e quindi non possiamo comprendere appieno la sua natura.
Ci sono molte teorie che suggeriscono varie fonti esotiche di materia oscura, ma un nuovo modello proposto da un gruppo di scienziati guidato dal teorico delle particelle Christopher Peterson della Chalmers University of Technology in Svezia sarà testato quando il Large Hadron Collider riparte questa primavera.
Peterson suggerisce che il bosone di Higgs può decadere. Questo decadimento è determinato dalla supersimmetria. La supersimmetria prevede che ci siano più "super partner" di particelle conosciute che esistono al di fuori della struttura del modello standard. Sebbene ci fossero già tracce di queste particelle supersimmetriche, le osservazioni finali erano molto difficili da tracciare. I rivelatori del Large Hadron Collider non "videro" direttamente il bosone di Higgs quando fu rilevato. Per innumerevoli miliardi di collisioni di particelle, i rivelatori ATLAS e CMS hanno lentamente creato un'immagine di particelle dopo le collisioni, che ha espulso l'energia generata da collisioni di protoni che ruotano in direzioni opposte. Da questa energia di collisione di particelle, emersero bosoni di Higgs, decadendo rapidamente in altre particelle, che i rivelatori potevano misurare, ad esempio i muoni (il cugino più massiccio dell'elettrone). Questo tipo di "impronte digitali" del bosone di Higgs è diventato la prova che i bosoni di Higgs esistono.
Ora il team di Peterson ha suggerito che se la supersimmetria è reale, allora il bosone di Higgs può avere una diversa modalità di decadimento, decadendo in fotoni e particelle di materia oscura.
"Questo è un sogno per un fisico teorico in fisica delle particelle, LHC è l'unico posto in cui il modello può essere testato", ha affermato Peterson.
