Esplorazione del bosone di Higgs e l’uso dell’intelligenza artificiale
I ricercatori del CERN stanno conducendo un’affascinante indagine sul bosone di Higgs, utilizzando l’intelligenza artificiale (IA) per analizzare i suoi comportamenti complessi. Questo approccio innovativo ha permesso di approfondire la comprensione delle interazioni tra il bosone di Higgs e i quark charm, avvicinando la scienza a una spiegazione più chiara di come questa fondamentale particella, spesso definita “particella di Dio”, conferisca massa alla materia. Scoperto nel 2012 all’interno del Grande Collisore di Adroni (LHC), il bosone di Higgs è cruciale nel Modello Standard della fisica delle particelle, poiché interagisce con altre particelle, come i quark, per conferir loro massa. La ricerca continua a rivelare dettagli sorprendenti su questa particella, contribuendo a una comprensione più profonda dell’universo.
Le sfide nello studio del bosone di Higgs
Nonostante i progressi compiuti in esperimenti precedenti, che hanno confermato le interazioni del bosone di Higgs con i quark di terza generazione, come i quark top e bottom, rimaneva una sfida significativa studiare la sua connessione con i quark di seconda generazione, in particolare il quark charm, e con i quark di prima generazione, up e down. Questi ultimi costituiscono i mattoni fondamentali dei nuclei atomici. La complessità di queste interazioni richiede tecniche avanzate e metodologie innovative per ottenere risultati significativi e affidabili. La ricerca continua a spingere i confini della fisica delle particelle, cercando di svelare i misteri che circondano il bosone di Higgs e il suo ruolo nell’universo.
Risultati recenti dell’esperimento Compact Muon Solenoid
Recentemente, nell’ambito dell’esperimento Compact Muon Solenoid (CMS), uno dei due principali rivelatori di particelle all’LHC, il team di ricerca ha annunciato di aver stabilito i limiti più precisi mai ottenuti sul decadimento del bosone di Higgs in spruzzi collimati di quark charm. Questo traguardo rappresenta un passo significativo verso la comprensione di come il bosone di Higgs contribuisca alla massa della materia. La produzione di un bosone di Higgs insieme a una coppia di quark top, seguita dal suo decadimento in coppie di quark, è un evento raro e complesso da identificare all’interno delle collisioni dell’LHC. I quark, infatti, non si manifestano come particelle isolate, ma generano spruzzi collimati e densi di adroni, noti come jet, che si disintegrano rapidamente. Questa caratteristica rende difficile l’uso di tecniche di tagging per distinguere i jet di quark charm da quelli generati da altri tipi di quark.
Innovazioni nelle tecniche di analisi
Per affrontare questa complessità, il dottor Sebastian Wuchterl, ricercatore al CERN, ha sottolineato la necessità di un cambiamento di paradigma nelle tecniche di analisi. “Poiché i quark charm sono più difficili da identificare rispetto ai quark bottom, ci siamo avvalsi di tecniche di machine learning all’avanguardia per separare il segnale dai fondi,” ha spiegato. Il team del CMS ha implementato un’IA avanzata, utilizzando due modelli di machine learning specificamente progettati per questa ricerca. In primo luogo, hanno adottato un algoritmo noto come rete neurale a grafo, che migliora l’identificazione dei jet charm trattando ogni jet come una rete di particelle. Questo approccio consente di apprendere schemi strutturali unici associati ai decadimenti dei quark charm.
Il futuro della ricerca sul bosone di Higgs
L’analisi si è concentrata sui dati raccolti tra il 2016 e il 2018, focalizzandosi su eventi di collisione in cui il bosone di Higgs viene prodotto insieme a una coppia di quark top. Combinando questo dataset con i risultati di studi precedenti, il CMS ha ottenuto un miglioramento della sensibilità delle misurazioni delle interazioni tra Higgs e charm di circa il 35%. “I nostri risultati rappresentano un passo significativo,” ha dichiarato Jan van der Linden, dottore di ricerca e ricercatore post-dottorato presso l’Università di Gand. Con l’acquisizione di ulteriori dati dai prossimi esperimenti dell’LHC e l’implementazione di tecniche di analisi sempre più sofisticate, potremmo ottenere una comprensione diretta dell’interazione del bosone di Higgs con i quark charm all’LHC, un obiettivo che sembrava impossibile solo pochi anni fa.
Prospettive future e importanza della ricerca
I ricercatori nutrono speranze che, con l’aumento dei dati raccolti dall’LHC, un miglioramento nel tagging dei charm e nella classificazione degli eventi possa consentire sia al CMS che al suo esperimento gemello ATLAS di confermare il decadimento del bosone di Higgs in quark charm. Questo rappresenterebbe un progresso straordinario nella comprensione di come il bosone di Higgs conferisca massa a tutti i quark, fornendo al contempo un test cruciale del Modello Standard, che ha ormai cinquant’anni di storia. La continua evoluzione delle tecnologie e delle metodologie di ricerca promette di rivelare ulteriori segreti dell’universo, contribuendo a una comprensione più profonda della fisica fondamentale.
