Dal momento della sua scoperta nel 2012 presso il Large Hadron Collider (LHC), il bosone di Higgs ha affascinato la comunità scientifica e catturato l’immaginazione del mondo intero. Questa enigmatica particella è fondamentale nel Modello Standard della fisica delle particelle, in quanto conferisce massa alle particelle elementari attraverso interazioni uniche.
Se la comprensione dell’interazione del bosone con i quark più pesanti (quark di terza generazione, come top e bottom) è già consolidata, il suo comportamento verso i quark più leggeri (come il quark “charm” di seconda generazione) resta avvolto nel mistero. Questi quark leggeri costituiscono gran parte della materia ordinaria che forma noi stessi e tutto ciò che ci circonda. Studiare queste interazioni, dunque, è un passo cruciale per una piena comprensione del ruolo del bosone di Higgs nell’universo.
I ricercatori del progetto CMS del CERN hanno recentemente compiuto un’importante sviluppo, pubblicando i risultati della prima ricerca sul decadimento del bosone di Higgs in una coppia di quark charm. Una sfida enorme, dato che questi eventi sono estremamente rari e complessi da distinguere dal rumore di fondo generato nelle collisioni protone-protone ad alta energia dell’LHC.
Per superare queste difficoltà, gli scienziati si sono rivolti a tecniche di analisi rivoluzionarie basate su algoritmi di machine learning. “Questa ricerca ha richiesto un autentico cambio di paradigma”, ha sottolineato Sebastian Wuchterl, ricercatore del CERN. Il team ha infatti adottato due avanzati approcci di intelligenza artificiale:
- Una Graph Neural Network (GNN) per affrontare la complessa identificazione dei getti di charm. Questa rete, addestrata su centinaia di milioni di simulazioni, ha migliorato enormemente la capacità di riconoscimento dei getti.
- Una Transformer Network, simile alla tecnologia dietro sistemi come ChatGPT, per distinguere con precisione gli eventi con decadimento di Higgs da quelli di fondo.
Queste tecnologie innovative hanno permesso al team di CMS di stabilire i limiti più rigorosi mai raggiunti sull’interazione tra il bosone di Higgs e il quark charm, rappresentando un miglioramento del 35% rispetto ai vincoli precedenti.
“Siamo di fronte a un risultato fondamentale”, ha dichiarato Jan van der Linden della Ghent University. “Con ulteriori dati provenienti dalle prossime run dell’LHC e ulteriori affinamenti nelle tecniche di analisi, potremmo finalmente ottenere una comprensione diretta dell’interazione del bosone di Higgs con i quark charm, un’impresa che fino a poco tempo fa era considerata impossibile.”
Nel prossimo futuro, grazie ai continui progressi nell’intelligenza artificiale applicata alla fisica delle particelle, esperimenti come CMS e il gemello ATLAS potrebbero finalmente confermare direttamente il decadimento del bosone di Higgs in quark charm, segnando così un momento epocale nella storia della fisica e offrendo un test definitivo del Modello Standard, un modello che continua a rivelare sorprendenti verità anche dopo mezzo secolo.
Stefano Camilloni
