Nuove prove di una particella sconosciuta che potrebbe trasportare una quinta forza della natura danno alla collaborazione NA64 al CERN un nuovo incentivo per continuare le ricerche.

Nel 2015, un team di scienziati ha individuato un problema tecnico inaspettato, o "anomalia", in una transizione nucleare che potrebbe essere spiegata dalla produzione di una particella sconosciuta. Circa un anno dopo, i teorici hanno suggerito che la nuova particella potrebbe essere la prova di una nuova forza fondamentale della natura, oltre all'elettromagnetismo, gravità e forze forti e deboli. I risultati hanno attirato l'attenzione di tutto il mondo e hanno spinto, tra gli altri studi, una ricerca diretta della particella da parte della collaborazione NA64 al CERN.

Un nuovo documento della stessa squadra, guidato da Attila Krasznahorkay presso l'istituto Atomki in Ungheria, ora segnala un'altra anomalia, in una simile transizione nucleare, che potrebbe anche essere spiegato dalla stessa ipotetica particella.

La prima anomalia individuata dal team di Krasznahorkay è stata osservata in una transizione di nuclei di berillio-8. Questa transizione emette un fotone virtuale ad alta energia che si trasforma in un elettrone e nella sua controparte di antimateria, un positrone. Esaminando il numero di coppie elettrone-positrone a diversi angoli di separazione, i ricercatori hanno trovato un'eccedenza inaspettata di coppie con un angolo di separazione di circa 140º. In contrasto, la teoria predice che il numero di coppie diminuisce con l'aumentare dell'angolo di separazione, senza eccessi ad una particolare angolazione. Krasznahorkay e colleghi hanno ragionato che l'eccesso potrebbe essere interpretato dalla produzione di una nuova particella con una massa di circa 17 milioni di elettronvolt (MeV), la particella "X17", che si trasformerebbe in una coppia elettrone-positrone.

L'ultima anomalia segnalata dal team di Krasznahorkay, in un documento che deve ancora essere sottoposto a revisione paritaria, è anche sotto forma di un eccesso di coppie elettrone-positrone, ma questa volta l'eccesso proviene da una transizione di nuclei di elio-4. "In questo caso, l'eccesso avviene con un angolo di 115º ma può essere interpretato anche dalla produzione di una particella con una massa di circa 17 MeV, " ha spiegato Krasznahorkay. "Il risultato fornisce supporto al nostro risultato precedente e alla possibile esistenza di una nuova particella elementare, " Aggiunge.

Sergei Gninenko, portavoce della collaborazione NA64 al CERN, che non ha trovato segni di X17 nella sua ricerca diretta, dice:"Le anomalie di Atomki potrebbero essere dovute a un effetto sperimentale, un effetto di fisica nucleare o qualcosa di completamente nuovo come una nuova particella. Per verificare l'ipotesi che siano causati da una nuova particella, sia un'analisi teorica dettagliata della compatibilità tra i risultati di berillio-8 ed elio-4, sia una conferma sperimentale indipendente è cruciale".

La collaborazione NA64 cerca X17 sparando un raggio di decine di miliardi di elettroni dall'acceleratore Super Proton Synchrotron su un bersaglio fisso. Se X17 esistesse, le interazioni tra gli elettroni e i nuclei nel bersaglio a volte producono questa particella, che poi si trasformerebbe in una coppia elettrone-positrone. La collaborazione non ha finora trovato alcuna indicazione che tali eventi si siano verificati, ma i suoi set di dati hanno permesso loro di escludere parte dei possibili valori per la forza dell'interazione tra X17 e un elettrone. Il team sta ora aggiornando il proprio rilevatore per il prossimo ciclo di ricerche, che dovrebbero essere più impegnativi ma allo stesso tempo più eccitanti, dice Gninenko.

Tra gli altri esperimenti che potrebbero anche cacciare X17 nelle ricerche dirette c'è l'esperimento LHCb. Jesse Thaler, un fisico teorico del Massachusetts Institute of Technology, dice:"Entro il 2023, l'esperimento LHCb dovrebbe essere in grado di effettuare una misurazione definitiva per confermare o confutare l'interpretazione delle anomalie Atomki come derivanti da una nuova forza fondamentale. Intanto, esperimenti come NA64 possono continuare a eliminare i possibili valori per le proprietà dell'ipotetica particella, e ogni nuova analisi porta con sé la possibilità (per quanto remota) di scoperta».