$CP$-odd form factor in the $HWW$ vertex

L'universo è costruito su un insieme di forze fondamentali che tengono insieme la materia e la spingono lontano. Per decenni, i fisici si sono affidati a una singola teoria di grande successo, chiamata Modello Standard, per descrivere queste forze e le particelle che le trasportano. Al cuore di questa teoria c'è un campo speciale che conferisce massa ad altre particelle, proprio come il muoversi attraverso l'acqua densa rallenta il tuo movimento. La prova fisica di questo campo è una particella nota come bosone di Higgs, scoperta nel 2012. Dalla sua scoperta, gli scienziati si sono dedicati a misurare le sue proprietà con estrema precisione, controllando se si comporta esattamente come prevede la teoria o se mostra segni di qualcosa di nuovo e inaspettato. Uno dei modi più importanti per testare la teoria è osservare come il bosone di Higgs interagisce con altre particelle, nello specifico i bosoni W, che sono i portatori della forza nucleare debole.

Un nuovo studio condotto da ricercatori della Benemérita Universidad Autónoma de Puebla in Messico esamina più da vicino un'interazione molto sottile tra il bosone di Higgs e questi bosoni W. Nella visione standard della fisica delle particelle, il bosone di Higgs può decadere in due bosoni W, ma a causa delle leggi dell'energia e della massa, è impossibile che entrambi i bosoni W siano completamente stabili e "reali" contemporaneamente durante questo processo. Uno di essi deve essere una particella virtuale fugace che esiste solo per una frazione di secondo prima di trasformarsi in altra materia. I ricercatori si sono concentrati su una caratteristica specifica e rara di questa interazione che coinvolge una proprietà chiamata "parità", che essenzialmente descrive come un sistema appare quando viene riflesso in uno specchio. Mentre le forze principali trattano solitamente destra e sinistra allo stesso modo, certi rari effetti quantistici possono creare una leggera differenza. Il team si è posto l'obiettivo di calcolare esattamente quanto sia forte questo effetto di rottura dello specchio all'interno del Modello Standard, una domanda che non era stata precedentemente risposta con dei numeri.

Utilizzando potenti simulazioni al computer per eseguire calcoli complessi che coinvolgono particelle che appaiono ed scompaiono in cicli, i ricercatori hanno scoperto che questo effetto di rottura dello specchio esiste, ma è incredibilmente tenue. Hanno scoperto che l'effetto è generato solo quando i due bosoni W hanno quantità di energia differenti, una condizione che è sempre vera nel decadimento di un bosone di Higgs. La dimensione di questo effetto è determinata dai loop di altre particelle, in particolare quark pesanti e leptoni, che appaiono brevemente all'interno dell'interazione. I ricercatori hanno calcolato che la forza di questo effetto è di circa una parte su centomila. Per mettere questo dato in prospettiva, se cercassi di rilevare questo segnale in una folla di centomila persone, staresti cercando una singola persona che è leggermente fuori passo. Questo valore è troppo piccolo per essere visto con la tecnologia attuale, che può rilevare solo segnali che sono circa dieci miliardi di volte più grandi.

Nonostante sia troppo piccolo per essere visto ora, trovare questo effetto è importante perché rappresenta una genuina previsione del Modello Standard. I ricercatori hanno dimostrato che questo minuscolo segnale non è causato da una violazione fondamentale della simmetria nelle leggi della fisica, bensì dal modo in cui le particelle si muovono e interagiscono nei loop. Tuttavia, poiché il segnale è complesso e ha una specifica struttura matematica, crea un rumore di fondo che non può essere rimosso. Se in futuro gli scienziati dovessero scoprire un effetto di rottura dello specchio molto più grande, dovranno sapere esattamente quanto è grande questo minuscolo sfondo del Modello Standard per essere sicuri di vedere qualcosa di nuovo. Lo studio ha anche esaminato come questo tenue effetto possa cambiare il modo in cui le particelle volano via dal decadimento. Hanno scoperto che crea una lievissima preferenza affinché le particelle si muovano in una direzione piuttosto che in un'altra, o ruotino in un modo specifico. Queste preferenze, note come asimmetrie, sono anch'esse estremamente piccole, con valori intorno a uno su un milione o uno su dieci milioni.

L'articolo conclude che, sebbene questi effetti siano reali e siano stati calcolati per la prima volta, essi sono attualmente invisibili ai nostri rivelatori più sensibili. Il Large Hadron Collider, la massiccia macchina che ha scoperto il bosone di Higgs, non è ancora abbastanza sensibile da misurare queste minuscole deviazioni. I ricercatori osservano che futuri miglioramenti nel modo in cui analizziamo lo spin e la direzione delle particelle potrebbero eventualmente avvicinarci a questo obiettivo. Fino ad allora, questo lavoro funge da mappa cruciale, definendo esattamente la linea di base di ciò che prevede il Modello Standard. Esso assicura che, quando finalmente vedremo un segnale che rompe lo specchio, sapremo con certezza che proviene dalla nuova fisica e non da un calcolo che abbiamo tralasciato. Lo studio conferma che l'universo è coerente con le sue regole attuali, anche nei suoi angoli più sottili e nascosti.