L’esperimento CMS situato presso il più potente acceleratore di particelle del mondo, il Large Hadron Collider (LHC) del CERN, è uno dei più importanti strumenti di misura delle particelle che compongono il nostro Universo. Dopo la scoperta del Bosone di Higgs nel 2012, CMS ha misurato con precisione sempre maggiore le caratteristiche delle particelle elementari ed i loro accoppiamenti, diventando di fatto un laboratorio eccezionale per testare il Modello Standard. In particolare lo studio dei bosoni W e Z, scoperti da Rubbia nel 1984 e studiati con altissima precisione negli anni ’90 dagli esperimenti del LEP al CERN, permette di sondare con grande precisione la più intima natura delle interazioni elettrodeboli, e quindi di capire sempre più a fondo il nostro Universo.
Il decadimento del bosone Z in una coppia neutrino-antineutrino rappresenta forse la sfida sperimentale più grande nelle misure del Modello Standard a LHC: la segnatura caratteristica di questi eventi, misurati da CMS, è contraddistinta dalla presenza di un singolo getto adronico di altissima energia, accompagnato da una grande fetta “invisibile” di energia mancante dovuta alla presenza di neutrini, particelle elusive che non lasciano tracce nel nostro detector. Inoltre, proprio grazie alla presenza di questa componente invisibile, questo decadimento è utile per darci indizi sulla possibile presenza di Materia Oscura, che potrebbe apparire proprio in una configurazione “invisibile”.
Grazie alle eccezionali performance di efficienza e ricostruzione delle particelle, e grazie all’esperienza maturata nella misura di processi in cui un
bosone Z è accompagnato da getti adronici, CMS è riuscito non solo a misurare la probabilità del decadimento in una coppia di neutrini (larghezza invisibile), ma anche a raggiungere una precisione senza precedenti.
L’incertezza sulla misura infatti, 16 MeV, eguaglia quella raggiunta dalla combinazione degli esperimenti di LEP (L3, OPAL e ALEPH), esplicitamente disegnati per avere la massima precisione possibile su questo tipo di misura, grazie alle sue collisioni leptoniche ottimizzate per produrre bosoni Z. Per un acceleratore di particelle adronico come LHC, data la complessità delle collisioni, questa precisione è impressionante ed era considerata da molti quasi irragiungibile.
Ad oggi, la misura di CMS è la più precisa singola misura diretta della larghezza invisibile del bosone Z di tutti i tempi.
Il gruppo CMS-Trieste ha una lunga tradizione nella misura dei processi del Modello Standard, in particolare Z+jet, cruciali per raggiungere la precisione nella misura della larghezza invisibile. Il gruppo è coinvolto inoltre con responsabilità di coordinamento nei gruppi internazionali sulle misure di Fisica del Modello Standard a CMS e LHC.
Referenze
https://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/preliminary-results/SMP-18-014/index.html
Photo credit : CERN