Gli acceleratori di particelle sono potenti dispositivi che utilizzano campi elettromagnetici per spingere particelle cariche come elettroni o protoni a velocità prossime a quella della luce, poi schiacciateli a testa alta. Ciò che accade in un batter d'occhio durante queste collisioni ad alta velocità può raccontarci alcuni dei segreti fondamentali della natura.

In un nuovo articolo nel numero del 1 giugno della rivista Lettere di revisione fisica , Bhupal Dev, assistente professore di fisica in Arts &Sciences presso la Washington University di St. Louis, descrive come futuri acceleratori potrebbero far schiantare insieme particelle cariche in un modo nuovo per far luce sul loro comportamento.

Teorici come Dev stanno lavorando per delineare le grandi idee che daranno forma all'approccio sperimentale per i collisori di prossima generazione, come l'International Linear Collider, da costruire in Giappone, o il collisore circolare elettrone-positrone, proposto in Cina.

sviluppatore, che ha scritto il documento con il borsista post-dottorato Yongchao Zhang della Washington University e Rabi Mohapatra dell'Università del Maryland, sta cercando un chiaro segnale di qualcosa al di là del Modello Standard della fisica delle particelle.

"C'è una forte evidenza sperimentale che c'è davvero qualche nuova fisica in agguato nel settore dei leptoni, " ha detto Dev.

Lui e i suoi collaboratori credono che un nuovo collisore costruito per schiantarsi insieme in modo puntiforme, particelle cariche chiamate leptoni, che non hanno struttura interna, è la migliore scommessa per trovare questa nuova fisica.

Questo approccio è diverso da quello impiegato nel più famoso acceleratore di particelle di oggi, il Large Hadron Collider (LHC). Costruito dall'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, o CERN, i ricercatori hanno usato l'LHC per scoprire il bosone di Higgs, la particella che presumibilmente dà massa a tutte le particelle elementari.

Ma ci sono domande profonde a cui LHC non è idealmente adatto a rispondere.

Il nuovo lavoro di Dev sui collisori di leptoni è stato inizialmente motivato dal fenomeno delle oscillazioni dei neutrini. I neutrini sono la controparte elettricamente neutra dei leptoni carichi, ed è stato osservato che cambiano da una specie all'altra in modo quantomeccanico. Questo suggerisce un piccolo, ma diverso da zero, massa per i neutrini.

"Da quando abbiamo osservato direttamente le oscillazioni dei neutrini, i ricercatori hanno cercato di vedere l'effetto equivalente nei fratelli carichi di neutrini, come i muoni che si trasformano in elettroni, " ha detto Dev.

Questo darebbe una migliore comprensione della generazione di massa di neutrini, che è difficile da spiegare con lo stesso meccanismo di Higgs delle altre particelle elementari.

Ma così lontano, le ricerche per tali processi rari sono state limitate a energie molto inferiori a quelle previste sulla nuova scala della fisica.

Nel loro nuovo documento, Dev e colleghi propongono come cercare le prove della "violazione del sapore" dei leptoni - il momento della trasformazione di particelle cariche in altri tipi di particelle cariche - alla frontiera delle alte energie, utilizzando i nuovi collisori. Nel modello standard, questi effetti sono noti per essere trascurabili. Perciò, qualsiasi segnale positivo sarebbe un segno di nuova fisica.

In particolare, suggeriscono una possibilità che sorge a causa della presenza di un nuovo tipo di bosone di Higgs che potrebbe essere responsabile delle minuscole masse di neutrini.