Il Dipartimento di Fisica G. Occhialini, in collaborazione con la sede locale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, partecipa sin dalla fondazione del nostro Ateneo agli studi svolti al CERN di Ginevra nell’ambito della fisica delle particelle elementari. I nostri ricercatori sono infatti parte attiva delle collaborazioni chiamate CMS (Compact Muon Solenoid) e LHCb (Large Hadron Collider beauty), che studiano i dati ottenuti dalle collisioni di protoni generate dal Large Hadron Collider (LHC), il più grande e potente acceleratore di particelle esistente al mondo.

Grazie a questi dati è stata possibile, nel 2012, la scoperta del bosone di Higgs, il tassello mancante la cui esistenza era stata predetta durante seconda metà del secolo scorso nel quadro del cosiddetto Modello Standard, la teoria quantistica di campo che riassume, insieme alla Relatività Generale, la nostra comprensione dell’Universo.

Nonostante ciò, molte sono le domande che rimangono senza risposta: qual è la natura della materia oscura e dell’energia oscura, postulate sulla base di osservazioni astronomiche? A che cosa è dovuto l’evidente sbilanciamento fra materia e antimateria nell’Universo? Come si potrebbe includere anche la Relatività Generale in un’unica teoria, che comprenda anche tutte le altre forze esistenti in natura: elettromagnetica, nucleare debole e nucleare forte?

Alla ricerca di risposte, nel Dipartimento di Fisica abbiamo deciso di studiare l’urto di bosoni vettori, vector boson scattering, a LHC: questo processo ha un legame molto stretto con il bosone di Higgs stesso, perché entrambi originano matematicamente dal medesimo settore del Modello Standard, la rottura spontanea della simmetria elettrodebole. Rispetto alla scoperta del 2012, tuttavia, avviene a energie molto più elevate e offre un punto di vista complementare al medesimo meccanismo fondamentale, prezioso per la ricerca di anomalie che siano rivelatrici di una nuova teoria fisica.

La probabilità che questi fenomeni di scattering avvengano è tuttavia molto più bassa e il tipo di processo molto complesso: il suo studio avrebbe richiesto lo sforzo congiunto di fisici sperimentali e teorici su scala mondiale. Sulla base di queste premesse, abbiamo ottenuto un finanziamento dell’agenzia COST e creato la COST Action CA16108. Il progetto VBSCan, della durata di quattro anni, ha visto coinvolti più di cento partecipanti provenienti da 24 nazioni europee, oltre che dal MIT di Boston, dall’UERJ di Rio de Janeiro, dall’Università e dall’IHEP di Pechino e dell’Università Mohammed V di Rabat.

Grazie al coordinamento dell’Università di Milano-Bicocca, abbiamo organizzato conferenze e scuole internazionali ogni anno da marzo 2017 a settembre 2021, terminando con un evento di chiusura ospitato nel nostro Ateneo, in concomitanza con la conferenza internazionale Multi-Boson Interactions e l’ultima scuola di fisica per studenti di dottorato.

Durante gli anni di lavoro abbiamo creato una comunità viva e interconnessa che continua a essere attiva e che ha prodotto pubblicazioni significative nell’ambito della fisica sia teorica sia sperimentale, molte tesi di laurea e dottorato – diverse nel nostro Dipartimento –  e posto le basi per studi approfonditi sia dei dati esistenti sia di quelli che verranno raccolti durante i prossimi anni di funzionamento di LHC.

NDA:

• Nelle immagini si vedono una foto di gruppo scattata all’inizio del progetto (alla fine per via del Covid la partecipazione in presenza è risultata molto limitata) e la ricostruzione di un tipico evento di vector boson scattering osservato nel rivelatore della collaborazione CMS.