La collaborazione LHCb al CERN ha scoperto che le particelle non si comportano come dovrebbero secondo la teoria guida della fisica delle particelle:il modello standard.

Il modello standard della fisica delle particelle prevede che le particelle chiamate quark di bellezza, che sono misurati nell'esperimento LHCb, dovrebbe decadere in muoni o in elettroni in egual misura. Però, il nuovo risultato suggerisce che questo potrebbe non accadere, che potrebbe indicare l'esistenza di nuove particelle o interazioni non spiegate dal Modello Standard.

I fisici dell'Imperial College di Londra e delle Università di Bristol e Cambridge hanno condotto l'analisi dei dati per produrre questo risultato, con il finanziamento del Science and Technology Facilities Council. Il risultato è stato annunciato oggi alla conferenza Moriond Electroweak Physics e pubblicato come preprint.

Oltre il modello standard

Il Modello Standard è l'attuale migliore teoria della fisica delle particelle, descrivendo tutte le particelle fondamentali conosciute che compongono il nostro Universo e le forze con cui interagiscono.

Però, il Modello Standard non può spiegare alcuni dei misteri più profondi della fisica moderna, compreso di cosa è fatta la materia oscura e lo squilibrio di materia e antimateria nell'Universo.

I ricercatori hanno quindi cercato particelle che si comportano in modi diversi da quanto ci si aspetterebbe nel Modello Standard, per aiutare a spiegare alcuni di questi misteri.

Dottor Mitesh Patel, dal Dipartimento di Fisica dell'Imperial e uno dei fisici leader dietro la misurazione, ha dichiarato:"In realtà stavamo tremando quando abbiamo guardato per la prima volta i risultati, eravamo così eccitati. I nostri cuori battevano un po' più velocemente.

"È troppo presto per dire se questa è davvero una deviazione dal modello standard, ma le potenziali implicazioni sono tali che questi risultati sono la cosa più eccitante che ho fatto in 20 anni nel campo. È stato un lungo viaggio per arrivare qui ."

Costruzioni della natura

I risultati di oggi sono stati prodotti dall'esperimento LHCb, uno dei quattro enormi rivelatori di particelle al Large Hadron Collider (LHC) del CERN.

LHC è il collisore di particelle più grande e potente del mondo:accelera le particelle subatomiche quasi alla velocità della luce, prima di sbatterli l'uno contro l'altro. Queste collisioni producono uno scoppio di nuove particelle, che i fisici poi registrano e studiano per comprendere meglio gli elementi costitutivi di base della natura.

La misurazione aggiornata mette in discussione le leggi della natura che trattano gli elettroni e i loro cugini più pesanti, muoni, in modo identico, salvo piccole differenze dovute alle loro diverse masse.

Secondo il Modello Standard, muoni ed elettroni interagiscono con tutte le forze allo stesso modo, quindi i quark di bellezza creati a LHCb dovrebbero decadere in muoni con la stessa frequenza con cui lo fanno con gli elettroni.

Ma queste nuove misurazioni suggeriscono che i decadimenti potrebbero avvenire a velocità diverse, il che potrebbe suggerire particelle mai viste prima che si allontanano dai muoni.

Dottorato Imperiale studente Daniel Moise, che ha fatto il primo annuncio dei risultati alla conferenza Moriond Electroweak Physics, ha dichiarato:"Il risultato offre un accenno intrigante a una nuova particella o forza fondamentale che interagisce in un modo che le particelle attualmente note alla scienza non fanno.

"Se questo è confermato da ulteriori misurazioni, avrà un profondo impatto sulla nostra comprensione della natura al livello più fondamentale".

Conclusione non scontata

Nella fisica delle particelle, il gold standard per la scoperta è di cinque deviazioni standard, il che significa che c'è una possibilità su 3,5 milioni che il risultato sia un caso fortuito. Questo risultato è di tre deviazioni, il che significa che c'è ancora una possibilità su 1000 che la misurazione sia una coincidenza statistica. È quindi troppo presto per trarre conclusioni definitive.

Dottor Michael McCann, che ebbe anche un ruolo di primo piano nella squadra imperiale, ha detto:"Sappiamo che devono esserci nuove particelle là fuori da scoprire perché la nostra attuale comprensione dell'Universo è carente in così tanti modi:non sappiamo di cosa sia fatto il 95% dell'Universo, o perché c'è un così grande squilibrio tra materia e antimateria, né comprendiamo i modelli nelle proprietà delle particelle che conosciamo.

"Mentre dobbiamo aspettare la conferma di questi risultati, Spero che un giorno potremmo guardare indietro a questo come un punto di svolta, dove abbiamo iniziato a rispondere ad alcune di queste domande fondamentali."

Spetta ora alla collaborazione di LHCb verificare ulteriormente i propri risultati raccogliendo e analizzando più dati, per vedere se rimangono le prove di qualche nuovo fenomeno. L'esperimento LHCb dovrebbe iniziare a raccogliere nuovi dati il ​​prossimo anno, a seguito di un aggiornamento al rilevatore.