Da un po 'di tempo, i ricercatori hanno notato diverse anomalie nei decadimenti dei mesoni di bellezza nei dati provenienti dall'esperimento LHCb al Large Hadron Collider. Sono più che semplici fluttuazioni statistiche? L'ultima analisi, tenendo conto dei cosiddetti effetti a lunga distanza nei decadimenti delle particelle, aumenta la probabilità che le anomalie non siano un errore nelle tecniche di misurazione.

Mentre gli scienziati alla ricerca di tracce dirette della nuova fisica cercano di eliminare tutti i potenziali nuovi segnali nelle collisioni di particelle, rivelando il vuoto previsto dal Modello Standard, altri, osservando altri fenomeni, iniziano a vedere segnali anomali crescenti nell'oceano di dati irrisolti.

Il Modello Standard è un insieme di strumenti teorici sviluppati negli anni '70 per descrivere i fenomeni che si verificano alla scala dei nuclei atomici e delle particelle elementari. Funziona molto bene, ma non può fornire risposte ad alcune domande importanti. Perché le particelle elementari hanno masse particolari? Perché creano famiglie? Perché la materia domina così nettamente sull'antimateria? In cosa consiste la materia oscura? C'è una convinzione ben fondata tra i fisici che il Modello Standard descrive solo un frammento di realtà, e deve essere ampliato.

"Per molto tempo nell'LHC, c'è stata un'intensa caccia a tutto ciò che non può essere spiegato dalla fisica attuale. Attualmente, la ricerca di nuove particelle o fenomeni in modo diretto rimane infruttuosa. Però, sono state riscontrate diverse anomalie nei dati contenenti decadimenti dei mesoni di bellezza. Stanno diventando ogni giorno più interessanti perché più dati elaboriamo e più effetti prendiamo in considerazione quando li descriviamo, più sono visibili, " spiega il dott. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN, Università di Zurigo), coautore dell'ultima pubblicazione sulla rivista European Physical Journal C . Gli altri tre autori sono Christoph Bobeth dell'Università tecnica di Monaco di Baviera, Danny van Dyk dell'Università di Zurigo (UZ), e Javier Virto del PM e del Center for Theoretical Physics presso il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, NOI.

mesoni, particelle costituite da coppie quark-antiquark, venire in molte varietà. I mesoni B (bellezza) contengono un quark down, uno dei componenti di protoni e neutroni che è comune in natura, e un antiquark di bellezza. I mesoni sono sistemi instabili e si disintegrano rapidamente in modi che sono descritti come canali di decadimento. Una di queste anomalie è stata osservata nel canale di decadimento del mesone B verso un altro mesone (K*; questo mesone contiene un quark strano invece di un quark bellezza) e una coppia muone-antimuone (i muoni sono particelle elementari con proprietà simili agli elettroni, solo quasi 200 volte più massiccio).

"Nei calcoli precedenti, si presumeva che quando il mesone si disintegra, non ci sono più interazioni tra i suoi prodotti. Nei nostri ultimi calcoli, abbiamo anche incluso effetti a lunga distanza chiamati charm-loop. Con una certa probabilità, i prodotti del decadimento interagiscono tra loro, per esempio scambiando gluoni, la particella responsabile delle interazioni forti, quark di legame in protoni e neutroni, " dice il dottor van Dyk (UZ).

L'effetto delle misurazioni in fisica è solitamente descritto dal valore della deviazione standard sigma. Un effetto che differisce dalle previsioni per più di tre deviazioni standard (3 sigma) viene trattato come un'osservazione. Si dice che sia stata fatta una scoperta quando la precisione supera i 5 sigma (il che significa una probabilità inferiore a uno su 3,5 milioni che la fluttuazione casuale dia il risultato osservato). Le analisi dei decadimenti dei mesoni B verso i mesoni K* e una coppia muone-antimuone hanno mostrato una tensione con la previsione del Modello Standard di 3.4 sigma (in altri canali di decadimento, sono state osservate anomalie di natura simile). Nel frattempo, l'inclusione di effetti a lungo raggio nella descrizione teorica ha aumentato questo valore a 6,1 sigma. I ricercatori sperano che i metodi matematici proposti, applicato a canali di decadimento simili, aumenterà significativamente anche la precisione delle stime.

"Le anomalie rilevate non scompaiono nelle analisi successive. Ora che la descrizione teorica di questi processi è stata elaborata, tutto dipende solo dalla precisione statistica, che è determinato dal numero di decadimenti analizzati. Probabilmente avremo una cifra sufficiente entro due o tre anni per confermare l'esistenza di un'anomalia con una credibilità che ci consenta di parlare di una scoperta, " dice il dottor Chrzaszcz.

L'origine delle anomalie osservate rimane sconosciuta. Molti fisici propongono che una particella elementare sconosciuta al di fuori del Modello Standard possa essere responsabile della loro esistenza. Un buon candidato, Per esempio, sarebbe il bosone Z', proposto dai teorici. Verifica diretta di questa ipotesi, però, richiederebbe ulteriori esperimenti eseguiti su un acceleratore più potente della moderna configurazione LHC.