Un raro decadimento conferma il modello standard – Le Scienze

lle particellefisica teorica
Dopo la scoperta del bosone di Higgs annunciata a luglio 2012, il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra ha fornito un’altra verifica molto stringente del modello standard della fisica delle particelle, rilevando il decadimento di particelle rare note come mesoni B neutri. Il risultato, descritto sulle pagine della rivista “Nature” è firmato dalle collaborazioni CMS e LHCb, che hanno analizzato i dati ricavati dai due esperimenti.

I mesoni B sono particelle costituite da una coppia dei “mattoni elementari” della materia, i quark, che compongono anche i protoni e i neutroni. I quark e i rispettivi antiquark possono essere di sei differenti tipi, o “sapori”: up, down, strange, charm, top e bottom; dall’accoppiamento di un antiquark bottom e da quark di differenti sapori si ottengono i diversi tipi di mesoni B. Se si tratta di un quark strange, si ottiene di un mesone B strange (Bs0), nel caso di un quark down il mesone è denominato non-strange (B0).

Un’immagine della costruzione del rivelatore CMS (Cortesia CERN)
I mesoni B strange e i mesoni B non strange sono chiamati complessivamente mesoni B neutri, perché privi di carica elettrica. Sono particelle instabili: l’antiquark bottom e il suo quark partner si annichilano, producendo una coppia di particelle chiamate muoni. Il problema è che il modello standard, la teoria che finora ha ottenuto più successo nel descrivere le proprietà e le interazioni fondamentali delle particelle, proibisce l’annichilazione di quark e antiquark di differenti sapori. Nel caso del decadimento dei mesoni B neutri in muoni, la teoria prevede l’esistenza di un processo intermedio in cui i quark si scambiano un quark top, emettendo due bosoni W, particelle elementari che mediano la forza nucleare debole.

Secondo i calcoli effettuati in base al modello standard, la probabilità che il decadimento avvenga seguendo questo processo è di una su un miliardo per il mesone B strange e di una su dieci miliardi per il mesone B non-strange. Teorie alternative, come le teorie supersimmetriche, in cui a ogni particella corrisponde un “superpartner” di massa notevolmente superiore, prevedono invece probabilità decisamente maggiori.

Grazie alla selva di particelle prodotte con le collisioni tra protoni che avvengono nell’LHC, gli esperimenti CMS e LHCb hanno verificato il decadimento di mesoni B neutri con una probabilità in ottimo accordo con le previsioni del modello standard. I risultati preliminari erano stati pubblicati già a luglio 2013, ma a quel tempo la significatività statistica degli eventi rilevati non raggiungeva i fatidici “5 sigma” necessari per poter annunciare la scoperta. L’analisi combinata dei dati ora pubblicati su “Nature” in questo caso va ben oltre tale soglia e raggiunge i 6,2 sigma.

“La ricerca di nuove particelle e lo studio di decadimenti rari sono strategie complementari per scoprire nuova fisica”, ha commentato il fisico italiano Tiziano Camporesi, portavoce della collaborazione CMS. “La precisione con cui gli esperimenti possono misurare questi decadimenti cruciali aumenterà costantemente, limitando la gamma di possibili estensioni del modello standard”.

Nonostante i grandi successi di questi ultimi decenni, il modello standard necessita di essere notevolmente esteso, dal momento che ancora non rende conto di due grandi questioni irrisolte: l’esistenza della materia oscura nell’universo e la preponderanza della materia sull’antimateria. Nuove indicazioni su quale strada seguire potranno forse venire dai nuovi esperimenti condotti con l’LHC.

Source: www.lescienze.it

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