Di Franco Ligabue*

Pochi giorni fa è stata presentata al CERN una misura estremamente precisa della massa del bosone W, la particella scoperta nel 1983 da Carlo Rubbia, per la quale il fisico italiano, già allievo della Scuola Normale, è stato insignito del premio Nobel insieme all’olandese Simon van der Meer.

Il risultato è una nuova importante conferma della validità del Modello Standard, la teoria di riferimento della fisica delle particelle elementari.

La misura, molto attesa dalla comunità scientifica internazionale, è stata ottenuta con i dati raccolti dall'esperimento CMS, uno dei grandi apparati dislocati lungo l’anello dell'acceleratore Large Hadron Collider (LHC) . Il nuovo valore di 80360,2 +- 9,9 megaelettronvolt (l’energia equivalente alla massa secondo la famosa relazione E = mc2) è stato presentato dalla collaborazione scientifica di CMS, che vede un importante contributo italiano, nel corso di un seminario che si è tenuto lo scorso 17 settembre al CERN.

Dalla sua scoperta il bosone W è stato misurato con una precisione sempre maggiore. Il risultato ora presentato da CMS è in linea con le previsioni teoriche e con tutte le misure precedenti, ad eccezione di quella ottenuta nel 2022 al Fermilab, negli Stati Uniti, dove la collaborazione CDF ha misurato un valore sorprendentemente alto della massa del bosone W, per ora non corroborato da nessun altro esperimento.

Il contributo della Scuola Normale a questo eccezionale risultato è sicuramente degno di nota, a partire dalla fondamentale spinta impartita dal prof. Luigi Rolandi, a lungo professore di Fisica sperimentale e delle alte energie, che nel corso di diversi anni ha creato un motivato gruppo di lavoro e formato numerosi studenti, alcuni dei quali hanno continuato a lavorare su questa misura assumendo ruoli chiave nel progetto il cui risultato è stato recentemente reso pubblico dalla Collaborazione CMS: citiamo per esempio il prof. Lorenzo Bianchini, ex allievo della Normale e ora docente dell’Università di Pisa e Principal Investigator del progetto ERC ASYMOW dedicato proprio alla misura di precisione della massa del bosone W, la dott.ssa Elisabetta Manca e, tra le acquisizioni più recenti, i perfezionandi Davide Bruschini e Cristina Alexe.

Elisabetta Manca, oggi Postdoctoral Scholar presso la University of California a Los Angeles, ha contribuito in maniera significativa al risultato, prima come Perfezionanda, e successivamente come assegnista di ricerca della classe di Scienze della Scuola Normale. Con il Prof. Rolandi come mentore ha lavorato alla calibrazione del tracciatore di CMS con una precisione inferiore a una parte su diecimila, la più precisa mai effettuata nell’esperimento in dieci anni di presa dati, e all’ideazione e realizzazione di un nuovo metodo di misura che consente di inferire il modello di produzione del W direttamente dai dati osservati, e che è stato usato come validazione del risultato principale.

“È un motivo di forte orgoglio ed emozione vedere questo risultato a cui ho contribuito per un decennio e che ha contrassegnato tutto il mio percorso accademico, dagli inizi come giovane studentessa a una maggiore maturità scientifica. Raggiungere questi livelli di precisione in una misura sperimentale comporta rimettere in discussione tutto quello che è stato fatto dalla comunità scientifica in precedenza, e spesso cercare di risolvere problemi la cui soluzione potrebbe non esistere. La dedizione e l’insegnamento del Prof. Rolandi sono stati per me la chiave della perseveranza che ha permesso di arrivare fino alla fine.”

Cristina Alexe, perfezionanda della classe di Scienze, fa parte della Collaborazione CMS e lavora sulla misura della massa del bosone W all'interno del progetto ASYMOW: "Avere questa analisi come argomento del mio dottorato è un'esperienza di apprendimento unica, ho l'opportunità di lavorare con gli strumenti sperimentali più recenti per superare sfide che sono nuove per il nostro campo. L'ambiente di lavoro a Pisa è stato molto stimolante e accogliente: posso sempre contare sull’esperienza delle persone che ho intorno e il mio lavoro come parte del gruppo è apprezzato."

Davide Bruschini, membro della Collaborazione CMS, sta ultimando il perfezionamento in Normale con un lavoro di ricerca nell’ambito del progetto ASYMOW. "Questo risultato, frutto di un lavoro durato anni all'interno della collaborazione CMS, ha portato a un livello di precisione ben superiore a quanto ci si aspettava all'inizio di questa misura, soprattutto se si considera che è stata usata solo una parte dei dati a disposizione, e che quindi ci sono ampi margini di miglioramento. Aver preso parte personalmente al progetto mi ha portato un bagaglio di conoscenze prezioso per il prosieguo della mia carriera. Questo risultato costituisce il blocco di partenza per future misure ancora più precise della massa del bosone W, alle quali spero di contribuire ancora".

*Franco Ligabue è Professore di Fisica sperimentale delle interazioni fondamentali e applicazioni alla Scuola Normale Superiore. È membro di CMS