Tutte le teorie fisiche sono rappresentazioni semplificate della realtà, e di conseguenza, hanno un determinato intervallo di applicabilità. Molti scienziati che lavoravano all'esperimento LHCb al CERN avevano sperato che l'eccezionale precisione nella misurazione del raro decadimento del mesone Bs0 avrebbe finalmente delineato i limiti del Modello Standard, l'attuale teoria della struttura della materia, e rivelare fenomeni sconosciuti alla fisica moderna. Ma lo spettacolare risultato dell'ultima analisi è servito solo ad ampliare il campo di applicabilità del Modello Standard.

I mesoni sono particelle instabili che si formano a seguito di collisioni di protoni. I fisici sono convinti che in alcuni rarissimi decadimenti di queste particelle, possono potenzialmente verificarsi processi che possono rivelare la fisica, con la partecipazione di particelle elementari precedentemente sconosciute. Gli scienziati dell'LHC hanno studiato il decadimento del mesone Bs0 in un muone e un anti-muone. L'analisi più recente, svolto per un numero di eventi molto più grande che mai, ha raggiunto un risultato che mostra un ottimo accordo con le previsioni del Modello Standard.

Prof. Mariusz Witek dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze (IFJ PAN) di Cracovia, dice, "Questo risultato è una vittoria spettacolare, solo che è leggermente pirroico. È, infatti, uno dei pochi casi in cui la sperimentazione concorda con la teoria, ma continua a preoccupare. Insieme al miglioramento dell'accuratezza della misura dei decadimenti dei mesoni Bs0, ci aspettavamo di vedere nuovi fenomeni oltre il Modello Standard, che sappiamo con tutti certamente non è la teoria definitiva. Ma invece, abbiamo solo dimostrato che il modello è più accurato di quanto pensassimo inizialmente".

Il Modello Standard è un quadro teorico sviluppato negli anni '70 per descrivere i fenomeni che si verificano tra le particelle elementari. Il modello descrive la materia come composta da particelle elementari di un gruppo chiamato fermioni, compresi i quark (down, su, strano, fascino, vera e bellezza) e leptoni (elettroni, muoni, tauons e i loro neutrini associati). Nel modello, ci sono anche particelle di antimateria associate alle rispettive particelle di materia. I bosoni intermedi sono responsabili del trasporto di forze tra i fermioni; i fotoni sono i portatori di forze elettromagnetiche; otto tipi di gluoni sono portatori di forze forti; bosoni W+, W- e Z0 sono responsabili del trasporto di forze deboli. Il bosone di Higgs, recentemente scoperto all'LHC, dà massa alle particelle (tutte tranne gluoni e fotoni).

I muoni sono particelle elementari con caratteristiche simili a quelle degli elettroni, solo circa 200 volte più massiccio. A sua volta, I mesoni B sono particelle instabili costituite da due quark:un antiquark di bellezza e un down, su, quark strano o charm. Il decadimento del mesone Bs0 in un muone e un anti-muone (dotato di carica elettrica positiva) avviene molto raramente. Nel periodo analizzato di funzionamento di LHCb, ci sono state centinaia di trilioni di collisioni di protoni durante le quali sono state registrate intere cascate di particelle secondarie in disintegrazione. Con un numero così elevato di eventi in un processo di selezione in più fasi, è stato possibile individuare solo alcuni casi di questo decadimento. Uno di questi può essere visualizzato in 3-D qui.

Nella sua analisi più recente, il team sperimentale di LHCb ha preso in considerazione non solo la prima ma anche la seconda fase di funzionamento dell'LHC. Le statistiche più approfondite hanno fornito un'eccezionale precisione di misurazione del decadimento del mesone di bellezza in un muone e un anti-muone, fino a 7,8 deviazioni standard (comunemente indicate dalla lettera greca sigma). In pratica, ciò significa che la probabilità di registrare un risultato simile per fluttuazione casuale è da meno di uno a oltre 323 trilioni.

"La spettacolare misurazione del decadimento del mesone di bellezza in una coppia muone-anti-muone concorda con le previsioni del Modello Standard con una precisione fino a nove decimali, " dice il prof. Witek.

Nonostante il risultato, i fisici sono fiduciosi che il Modello Standard non sia una teoria perfetta. Non tiene conto dell'esistenza della gravità, non spiega il dominio della materia sull'antimateria nell'universo contemporaneo, non offre alcuna spiegazione della natura della materia oscura, non dà risposte riguardo al motivo per cui i fermioni sono composti da tre famiglie. Inoltre, affinché il Modello Standard funzioni, devono essere prese in considerazione più di 20 costanti scelte empiricamente, compresa la massa di ogni particella.

"L'ultima analisi restringe significativamente i valori dei parametri che dovrebbero essere assunti da alcune estensioni attualmente proposte del Modello Standard, ad esempio, teorie supersimmetriche. Presumono che ogni tipo esistente di particella elementare abbia la sua controparte più massiccia:il suo superpartner. Ora, come risultato delle misurazioni, i teorici che si occupano di supersimmetria hanno una ridotta possibilità di adattare la loro teoria alla realtà. Invece di avvicinarsi, la nuova fisica sta di nuovo svanendo, " conclude il Prof. Witek.

I fisici intendono continuare i loro studi sul decadimento del mesone Bs0 nella coppia muone e anti-muone. C'è ancora la possibilità che nuovi, gli effetti non scoperti sono minori del previsto e continuano a perdersi in errori di misurazione.