Il decadimento delle particelle è un concetto utile per aiutare la divisione in classi: maggiore è la forza dell’interazione responsabile della disintegrazione delle particelle, e più rapidamente essa avviene Interazione forte: le particelle decadono in tempi di 10^-20 s ed inferiori Ma come si misurano tempi di 10^-20 secondi????
In effetti, di queste particelle (chiamate “risonanze”) non si misura il tempo di vita media, ma la incertezza nella loro massa (“larghezza”).
Il principio di indeterminazione di Heisenberg spiega che il tempo di vita di una risonanza e’ inversamente proporzionale alla indeterminazione nella sua energia Mai provato a suonare una nota molto bassa in un pianoforte per un tempo molto breve?
Non si capisce che nota sia! La ragione è che non c’è tempo per ascoltare un numero sufficiente di lunghezze d’onda, e il nostro orecchio non sa dire con precisione qual è il tono…

La stranezza: il mistero si infittisce Come abbiamo visto, si possono classificare le particelle in base alle loro caratteristiche misurabili Alcune di esse, scoperte a partire dalla fine degli anni ’40, sembrano “strane”: sono prodotte molto copiosamente –il che indica una produzione “forte”, ma decadono molto lentamente –con tempi tipici delle interazioni “deboli”, quelle responsabili dei decadimenti radioattivi. Attenzione, i pioni non sono strani, perché per loro un decadimento “forte” non è possibile: sono i mesoni più leggeri Invece i kaoni sono prodotti con alta frequenza, e decadono in 10-10 secondi anche se esistono stati adronici più leggeri (i pioni!) Nuovamente è la loro classificazione a fornire una potenziale soluzione dell’enigma: si scopre che sono prodotte in coppia. Si ipotizza subito un nuovo numero quantico, la stranezza S. Ogni mesone (B=0) è composto da una coppia quark-antiquark:

• K⁺ (u anti-s) Q=1 =2/3 – (– 1/3)
  B=0 = 1/3 – (1/3)
  S=1 = 0 + 1
• K⁰ (d anti-s) Q=0 = 1/3 – (– 1/3)
  B=0 = 1/3 – (1/3)
  S =1 = 0 + 1

K⁺ e K⁰ formano un “doppietto” e l’operazione di scambio (u <->d) li trasforma uno nell’altro.
Appare evidente una struttura, un gruppo di simmetria rispetto allo scambio di un quark con l’altro. Le interazioni forti, responsabili della produzione degli adroni, “conservano” il sapore dei loro quark
Simmetrie di barioni
I barioni sono terne di quarks:
p = (uud) ha B=1, S=0, Q=1=2/3+2/3-1/3
n = (udd) ha B=1, S=0, Q=0=2/3-1/3-1/3
Lo scambio di un quark u con un d è l’operazione di simmetria che trasforma protone in neutrone

Si ipotizza allora, per ovviare all’inconsistenza, che i quarks siano dotati di un altro numero quantico: il colore.
I quarks possono essere rossi, gialli e blu. Gli antiquarks saranno allora anti-rossi, anti-gialli e anti-blu.
La combinazione di una terna di colori (rgb) o anticolori (anti-r anti-g anti-b) ha carica netta di colore nulla, e così pure le combinazioni (r anti-r), (b anti-b), (g anti-g). Solo gli stati senza colore si osservano in natura.
Un altro magheggio matematico ? Lo vedremo!

La rivoluzione di novembre.
Dunque i quarks non sono tre ma quattro ?
Nel 1974 due esperimenti concorrenti identificano entrambi una particella finora sconosciuta, chiamata J/psi e di massa pari a 3.1 GeV/c². La J/psi decade in coppie di muoni, ed ha tutte le caratteristiche che ci si aspetta dalla composizione di due quarks pesanti! La J/psi viene immediatamente riconosciuta come uno stato legato di due quarks charm. Il modello a quarks trionfa!
E i quarks sono sei
Il modello standard è un potentissimo strumento di calcolo, ad altissimo potere predittivo I decadimenti, le reazioni di produzione, le leggi di conservazione, la classificazione delle particelle sono perfettamente spiegate da esso Ma il Modello Standard non è completo. Manca ancora all’appello una particella fondamentale, su cui si basa l’unificazione delle interazioni elettromagnetica e debole: il bosone di Higgs.

E’ la conseguenza osservabile del meccanismo di rottura spontanea della simmetria elettrodebole
Non esistono altri meccanismi consistenti con il modello standard per spiegare la massa dei bosoni vettori.
I fisici analizzarono con entusiasmo i dati non appena arrivarono. Nell’estate del 2011, si è notato un piccolo eccesso nel decadimento di Higgs in due bosoni W per una massa intorno a 140 GeV.
Le cose si fecero più interessanti visto che un eccesso di massa simile veniva visto anche nel canale in due fotoni. Tuttavia, all’aumentare del set di dati, la dimensione di questo eccesso è prima aumentata e quindi diminuita. Nel 2012, l’energia dell’LHC è stata aumentata da 7 a 8 TeV, il che ha aumentato le sezioni d’urto per la produzione di bosoni di Higgs. I dati sono arrivati ​​velocemente: . Appena i dati sono arrivati, è stato analizzato e il valore di quella piccola protuberanza intorno a 125 GeV è ulteriormente aumentato. Le voci stavano girando al CERN quando un seminario congiunto tra ATLAS e CMS fu annunciato per il 4 luglio 2012. I posti al seminario erano così ricercati che solo le persone che si accodarono per tutta la notte riuscirono ad entrare nella stanza. Ad aumentare ulteriormente l’entusiasmo c’era la presenza di François Englert e Peter Higgs al seminario. Al famoso seminario, i portavoce delle Collaborazioni ATLAS e CMS hanno mostrato i loro risultati in successione, entrambi riscontravano un eccesso di circa 5σ a una massa di 125 GeV. Per concludere la sessione, il direttore generale del CERN Rolf Heuer ha dichiarato: “Penso che ce l’abbiamo fatta”. Poche settimane dopo, ATLAS e CMS hanno pubblicato i risultati in Physics Letters B. Il documento ATLAS intitolato “Osservazione di una nuova particella nella ricerca del modello standard del Bosone di Higgs con il rilevatore ATLAS al LHC”. È stato assegnato Il premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e François Englert nel 2013.