Un gruppo di ricerca internazionale, guidato dal professor Nicolas Yunes dell’Università dell’Illinois, ha recentemente fatto un importante passo avanti misurando il momento magnetico del muone con una precisione senza precedenti. Ma perché questa piccola particella è così importante per la scienza e cosa potrebbero significare queste scoperte?
Sommaire
Una particella straordinaria
IL muoni sono particelle subatomiche che appartengono alla famiglia dei leptoni, proprio come gli elettroni. Scoperti nel 1936 dal fisico Carl Anderson, i muoni condividono con loro delle caratteristiche: hanno infatti la stessa carica elettrica negativa e hanno un rotazioneuna sorta di momento angolare specifico per ciascuna particella. Tuttavia, si distinguono per la loro massa molto più elevata. In effetti, un muone è approssimativamente 207 volte più pesante di un elettrone. Per darne un’immagine, un muone starebbe all’elettrone come un elefante sta al gatto, pur conservandone la stessa natura fondamentale.
I muoni sono prodotti naturalmente nell’atmosfera terrestre quando raggi cosmici (particelle ad altissima energia provenienti dallo spazio) interagiscono con le molecole della nostra atmosfera. Sebbene la loro vita media sia estremamente breve (circa 2,2 milionesimi di secondo), sono così veloci che possono raggiungere la superficie terrestre prima di decadere in particelle più leggere, come elettroni e neutrini.
IL massa elevata di queste particelle lo rende a strumento ideale per testare le teorie fisico. A causa di questa massa, i muoni sono infatti più suscettibili all’influenza di particelle invisibili e forze che potrebbero esistere oltre la nostra attuale comprensione della fisica. In altre parole, i muoni potrebbero reagire a forze o particelle ancora sconosciute, il che apre una finestra a nuove scoperte. Inoltre, a causa della loro breve durata, non sono influenzati da alcune interazioni vissute da particelle più stabili come protoni o neutroni. Questo lo rende uno sonda estremamente pura esplorare fenomeni su scala subatomica.
Cos’è il momento magnetico?
Lo studio di momento magnetico del muone è particolarmente cruciale. Questa proprietà fondamentale riflette infatti il modo in cui una particella reagisce a a campo magnetico, come una trottola che ruota a seconda delle forze che la circondano.
Ogni particella ha il proprio momento magnetico e questo può essere previsto con precisione dalle leggi della fisica, in particolare dal modello standard che descrive le particelle elementari e le forze che le collegano.
Tuttavia, per il muone, il momento magnetico misurato sembra leggermente elevato anormalecioè si discosta dalle previsioni teoriche. Questa discrepanza potrebbe quindi essere una finestra aperta su a nuova fisicaoltre il modello standard.
L’esperimento Muon g-2: precisione da record
Anch’io Fermilabun famoso laboratorio di ricerca sulla fisica delle particelle situato negli Stati Uniti, i fisici della collaborazione Muone g-2 si proponevano di misurare questo momento magnetico con una precisione mai raggiunta prima. Per fare ciò, hanno fatto circolare i muoni ad una velocità vicina a quella della luce in a anello di stoccaggio 7,1 metri di diametro, applicando un campo magnetico circa 30.000 volte più forte di quello terrestre.
In risposta a questo campo, queste particelle cominciarono a ruotare attorno al proprio asse, un fenomeno chiamato precessione. Studiando il loro comportamento, i ricercatori sono riusciti a determinare il loro momento magnetico con incredibile precisione, a 0,2 parti per milione. Questo risultato è 2,2 volte più preciso rispetto alle misurazioni precedenti effettuate nel 2006.
Perché questa precisione è fondamentale?
Questi nuovi dati sono particolarmente interessanti per la comunità scientifica, perché qualsiasi anomalia nel momento magnetico del muone potrebbe indicare l’esistenza di particelle o interazioni precedentemente sconosciute. Infatti, se le misurazioni continuassero a mostrare una deviazione dalle previsioni del Modello Standard, ciò potrebbe significare che ci sono altre forze o particelle che influenzano il comportamento dei muoni e che sfuggono ai nostri attuali modelli.
Come promemoria, il modello standard della fisica è attualmente la nostra migliore teoria per spiegare le particelle e le forze fondamentali. Descrive elettroni, protoni, neutroni nonché forze elettromagnetiche, nucleari e deboli. Tuttavia, nonostante sia incredibilmente preciso, questo modello presenta alcuni difetti. Infatti, non riesce a spiegare fenomeni come la gravità, materia oscura o anche ilenergia oscuracomponenti misteriosi che tuttavia sembrano costituire gran parte del nostro Universo.
A causa della loro massa maggiore rispetto agli elettroni, i muoni sono particolarmente sensibili alle forze e alle particelle che non sono incluse nel Modello Standard. Pertanto, uno studio più approfondito del loro comportamento potrebbe portare a teorie in grado di colmare queste lacune, come quella supersimmetria o anche il teoria delle stringhe.
E dopo?
Sebbene il risultati dell’esperimento Muon g-2 sono già impressionanti, i ricercatori non hanno ancora detto l’ultima parola. In effetti, prevedono di analizzare altri tre anni di dati, il che potrebbe migliorare ulteriormente la precisione di queste misurazioni.
Tuttavia, ogni nuova misurazione e ogni nuovo dato avvicina gli scienziati alla risposta a una domanda cruciale: il comportamento anomalo del muone è la prova che la nostra comprensione della fisica è incompleta? Se la risposta è sì, potremmo essere all’apice di una rivoluzione scientifica.
