Il processo di decadimento delle particelle ultra rare apre la strada a una nuova fisica

Gli scienziati del CERN hanno appena compiuto un passo importante nell’esplorazione dell’universo microscopico. Usando l’esperimento NA62, hanno osservato per la prima volta un processo di decadimento estremamente raro che coinvolge una particella chiamata kaone. Questa svolta potrebbe rivoluzionare la nostra attuale comprensione delle leggi fondamentali della fisica.

Il mistero dei kaoni

IL kaoni sono particelle subatomiche appartenenti alla famiglia dei mesoni, particelle costituite da un quark e un antiquark. Svolgono un ruolo fondamentale nello studio delle interazioni tra i componenti più elementari della materia.

IL il kaone decade offrono in particolare una finestra unica sulle leggi fondamentali della natura. Quando un kaone decade, si trasforma in altre particelle più semplici, come pioni e neutrini. Studiando questi processi, gli scienziati possono testare le previsioni del Modello Standard della fisica delle particelle, che descrive come le forze fondamentali interagiscono con le particelle subatomiche.

Queste particelle sono prodotte in condizioni estreme, come quelle create negli acceleratori di particelle dell’ Il Cerndove vengono generati da collisioni di protoni ad alta energia.

Un importante progresso scientifico

IL modello standard della fisica delle particelle prevede anche che alcuni decadimenti dei kaoni siano incredibilmente rari. Uno di questi decadimenti è quello di un kaone carico (K+) in un pione carico (π+). Questo processo è accompagnato dall’emissione di una coppia di neutrini e antineutrini (indicati con νṽ). Secondo il modello standard, questo fenomeno dovrebbe verificarsi solo in circa 1 kaone su 10 miliardi, il che lo rende estremamente difficile da osservare e il che ci riporta a questo nuovo esperimento.

Dopo anni di ricerca e sviluppo, il team di collaborazione NA62, che riunisce scienziati di tutto il mondo, ha è riuscito a osservare questo fenomeno ultra-raro.

Questa osservazione segna una pietra miliare importante, poiché non solo convalida una previsione chiave del Modello Standard, ma apre anche la possibilità di scoprire fenomeni che sfuggono a questa teoria.

Cristina Lazzeroni, docente di fisica all’Università di Birmingham, ha sottolineato l’importanza di questa scoperta: “ Grazie a questa misura, il decadimento K+ → π+ νṽ diventa il più raro mai osservato con una certezza statistica molto elevata. » Si ricorda che, nella fisica delle particelle, una scoperta è considerata certa quando raggiunge una soglia di “5 sigma”, vale a dire una probabilità di soli 1 su 3,5 milioni che i risultati sono dovuti al caso. Questo è il caso qui.

Come funziona l’esperimento NA62

L’esperimento NA62 è un complesso dispositivo installato al CERN, il più grande centro di ricerca sulla fisica delle particelle al mondo, situato a Ginevra. Si basa sull’acceleratore Super Proton Synchrotron (SPS), che genera un fascio di protoni ad alta intensità. Questi sono diretti verso un bersaglio stazionario, provocando collisioni che creano un fascio di particelle secondarie. Di queste particelle, circa il 6% sono kaoni carichi.

Il rilevatore NA62 è appositamente progettato per identificare questi kaoni e analizzare i loro prodotti di decadimento. I neutrini, che sono particelle estremamente leggere e difficili da rilevare, difficilmente interagiscono con la materia, quindi nelle misurazioni appaiono come energia mancante. È stato misurando con precisione questa energia e analizzando gli altri prodotti di decadimento che gli scienziati sono stati in grado di confermare il decadimento ultrararo del kaone.

Recenti miglioramenti all’esperimento, tra cui una maggiore intensità del fascio e rilevatori più efficienti, hanno permesso ai ricercatori di rilevare questi decadimenti un ritmo più alto del 50%. rispetto a prima, accelerando così le scoperte.

Perché questa scoperta è importante?

Il decadimento K+ → π+ νṽ è un processo estremamente sensibile a nuove particelle o forze che non sono spiegate dal modello standard. Se nelle misurazioni future si osservassero deviazioni dalle previsioni del Modello Standard, ciò potrebbe indicare l’esistenza di una “nuova fisica”. Ciò potrebbe includere particelle ancora sconosciute che svolgono un ruolo in fenomeni come la materia oscura o l’energia oscura, elementi misteriosi che costituiscono gran parte dell’universo, ma che sfuggono ancora alla nostra comprensione.

Qui, come detto in precedenza, il risultati di NA62 mostrano un decadimento che corrisponde ampiamente alle previsioni del Modello Standard. Tuttavia, i dati raccolti finora suggeriscono una frequenza di decadimento superiore di circa il 50% rispetto a quella prevista dalla teoria. Ciò potrebbe indicare l’influenza di particelle nuove, ancora da scoprire. Gli esperimenti futuri potrebbero quindi rivelare alcune sorprese.