LE VERIFICHE SPERIMENTALI DEL

MODELLO STANDARD

Il Modello standard, oltre ad aver avuto un lungo periodo di formazione (le prime teorie risalgono agli anni cinquanta), ha anche faticato parecchio ad affermarsi come modello di descrizione della realtà fisica, in quanto mancavano alcune conferme sperimentali di determinate teorie. In particolare non si aveva evidenza sperimentale dell’esistenza dei processi deboli da corrente neutra e nemmeno del quark charm. Ma la scoperta al CERN, da parte della collaborazione Gargamelle, dei processi deboli da corrente neutra nel 1973 e poi del charm a Brookhaven nel 1974 imposero il Modello Standard come teoria di riferimento delle interazioni fondamentali. Ancora, l’inattesa scoperta del leptone pesante tau e del quark bottom ha ulteriormente confermato la validità del MS.

La definitiva affermazione del MS a teoria generale del settore elettro-debole si è avuta con la scoperta, avvenuta al CERN nel 1982-83, dei bosoni intermedi delle interazioni deboli W+,W- e Zo, da parte di equipes guidate da Carlo Rubbia e Pierre Darriulat.

A partire dal 1989 è in funzione al CERN il LEP, un acceleratore circolare di circa 27 Km di circonferenza, nel quale un fascio di elettroni , e-, e uno di positroni, e+, sono accelerati in direzioni opposte e con uguale energia, pari a circa 46 GeV per fascio. I fasci di elettroni e positroni si incontrano e collidono in corrispondenza di 4 aree sperimentali, ove è possibile studiare i prodotti delle reazioni che si producono nell’urto. Il LEP ha dato importanti risultati in accordo con il MS: misurando indirettamente la larghezza della Zo in canali invisibili, il LEP ha determinato che esistono solo tre neutrini e che quindi non ne esistono altri oltre quelli già noti; poichè in ogni famiglia vi è un neutrino leggero, il conteggio dei tipi di neutrini, con il risultato a cui si è giunti, esclude l’esistenza di altre famiglie di quark e leptoni. Il LEP ha anche escluso l’esistenza di nuove particelle cariche con massa minore si mZ/2. Inoltre ha portato il limite inferiore sulla massa del bosone di Higgs, che prima era di pochi GeV, fino al valore attuale, mH>64.3 GeV/c2. Ma soprattutto le esperienze al LEP hanno permesso di verificare la validità della teoria elettrodebole standard al livello di precisione di qualche per mille, grazie alla misura di un gran numero di quantità osservabili oltre alla massa della Z0 i cui valori sono calcolabili nel MS.
Non solo per le interazioni elettrodeboli ma anche per quanto riguarda le interazioni forti il contributo del LEP è stato di grandissima rilevanza. Le determinazioni molto precise della costante di accoppiamento effettiva della QDC, ottenute dagli esperimenti LEP con molti metodi differenti, sono in accordo tra loro e con gli altri esperimenti.In generale, quindi, il LEP ha mostrato che il Modello Standard è valido con un’accuratezza che a priori non era affatto data per scontata.

IL BOSONE DI HIGGS

Nonostante il grande successo sperimentale del Modello Standard , rimane ancora completamente aperto il problema riguardante il bosone di Higgs nella teoria elettro-debole.

La presenza di campi scalari fondamentali nella teoria determina una sostanziale instabilità rispetto alle correzioni quantistiche che crescono come il quadrato dell’energia. Questo problema rende poco plausibile che il MS possa essere valido per energie molto al di sopra della scala delle interazioni deboli che è di 200 GeV.

Presumibilmente esistono i bosoni di Higgs fondamentali ma le fluttuazioni quantistiche sono soppresse dalla validità approssimata della supersimmetria. Oppure non esistono scalari fondamentali e il bosone di Higgs è un composto o un condensato di fermioni, ma ciò richiede una forza legante molto intensa. Esisterebbero allora tutto uno spettro di nuovi adroni, stati legati di questa superforza.

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