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Scoperta una nuova forza della natura grazie a un esperimento dell’LHC?

Il Large Hadron Collider (LHC) ha suscitato entusiasmo tra i fisici delle particelle per aver riportato, a marzo, prove allettanti per una nuova fisica – potenzialmente una nuova forza della natura. Ora un nuovo risultato, ancora da rivedere, ottenuto grazie al gigantesco collisore di particelle del CERN, sembra aggiungere ulteriore supporto all’idea.

La nostra attuale migliore teoria delle particelle e delle forze è conosciuta come il modello standard, che è senza dubbio la teoria scientifica di maggior successo mai scritta al riguardo,  ma che sembrerebbe anche essere incompleta. Notoriamente, descrive solo tre delle quattro forze fondamentali: la forza elettromagnetica e le forze forti e deboli, tralasciando la gravità. Non ha alcuna spiegazione per la materia oscura che l’astronomia ci dice domina l’Universo, e non può spiegare come la materia sia sopravvissuta durante il Big Bang.

La maggior parte dei fisici è quindi fiduciosa che ci debbano essere più ingredienti cosmici ancora da scoprire, e studiare una varietà di particelle fondamentali note come i quark bottom è un modo particolarmente promettente per ottenere indizi di cos’altro potrebbe esserci là fuori.

credits: LHCb experiment. (CERN)

I quark bottom, sono particelle fondamentali, che a loro volta costituiscono particelle più grandi. I quark bottom sono instabili, vivono in media solo per circa 1,5 miliardesimi di secondo prima di decadere in altre particelle. Il modo in cui i quark bottom decadono può essere fortemente influenzato dall’esistenza di altre particelle o forze fondamentali.

Quando un quark bottom decade, si trasforma in un insieme di particelle più leggere, come gli elettroni. Uno dei modi in cui una nuova forza potrebbe essere individuata è osservare il modo in cui essa cambia la frequenza con cui i quark bottom decadono in diversi tipi di particelle.

Il documento di marzo si basava sui dati dell’esperimento LHCb, uno dei quattro rivelatori di particelle giganti che registrano l’esito delle collisioni ad altissima energia prodotte dall’LHC. Gli scienziati hanno così scoperto che i quark bottom stavano decadendo in elettroni e muoni, i loro cugini più pesanti, a velocità diverse. Questo è stato davvero sorprendente perché, secondo il modello standard, il muone è fondamentalmente una copia carbone dell’elettrone – identico in ogni modo tranne che per essere circa 200 volte più pesante.

I quark bottom dovrebbero quindi decadere in ugual misura in elettroni e muoni. Invece, si è scoperto che il decadimento del muone si verificava solo circa l’85%  delle volte rispetto a quello dell’elettrone. Supponendo che il risultato fosse corretto, l’unico modo per spiegare un tale effetto sarebbe quello di ipotizzare l’esistenza di una nuova forza che attira elettroni e muoni in modo diverso interferendo con il decadimento dei quark bottom.