Fig. 1. Vista laterale del rivelatore BESIII. Credito:IHEP
La collaborazione Beijing Spectrometer (BESIII) ha riportato un nuovo metodo per sondare le differenze tra materia e antimateria con estrema sensibilità. I risultati sono stati pubblicati su Natura il 2 giugno.
Nella fisica delle particelle, ogni tipo di particella ha un'antiparticella corrispondente. La teoria standard del Big Bang ci dice che l'Universo avrebbe dovuto avere la stessa quantità di materia e antimateria all'inizio. Tuttavia, tutti i dati disponibili indicano che l'Universo osservabile è composto prevalentemente da barioni piuttosto che da antibarioni, cosa che ha lasciato perplessa la comunità scientifica per più di mezzo secolo. Materia e antimateria seguono leggi della fisica diverse?
Al giorno d'oggi, i fisici ritengono che per spiegare l'origine dinamica dell'asimmetria barione-antibarione le leggi della fisica debbano adattarsi a processi che violano la coniugazione di carica e la simmetria di parità (CP). In breve, la simmetria CP significa che particelle e antiparticelle seguono le stesse leggi. Ad esempio, i modelli di decadimento di particelle e antiparticelle dovrebbero essere gli stessi. Per spiegare l'asimmetria barione-antibarione, la simmetria CP deve essere violata in misura maggiore di quanto previsto dal modello standard della fisica delle particelle, finora immensamente riuscito.
I ricercatori della collaborazione BESIII hanno sfruttato strani barioni per far luce sulla violazione di CP. Gli strani barioni sono costituiti da tre quark, proprio come i protoni, ma contengono uno o più quark strani più pesanti e instabili. Osservando il decadimento del quark strano, è possibile determinare l'orientamento di spin del barione.
Fig. 2. Interpretazione artistica della cascata di decadimento di una coppia barione-antibarione. Se materia e antimateria seguono le stesse leggi, il modello di decadimento di un barione dovrebbe essere lo stesso di un antibarione, ma con coordinate spaziali invertite. Credito:IHEP
A BESIII, i sistemi di coppie barione-antibarione a doppio strano vengono creati in annichilazioni di elettroni con positroni. I nuovi risultati mostrano che le coppie barione-antibarione prodotte hanno una direzione preferita.
Inoltre, la direzione di rotazione del barione e dell'antibarione è correlata, a causa dell'entanglement quantistico. Lo studio delle distribuzioni angolari dei prodotti di decadimento di tali sistemi consente di separare il contributo dai processi di violazione di CP descritti dal valore diverso da zero della cosiddetta fase debole. Questa fase non era mai stata misurata direttamente fino a questo risultato da BESIII come descritto nella Natura articolo.
Sebbene non sia stato osservato alcun segno di violazione di CP nel campione di dati analizzato, questo metodo sperimentale può essere applicato a set di dati più grandi raccolti presso BESIII o presso strutture future. I ricercatori speravano di osservare un segnale di violazione di CP di dimensioni tali da confermare o escludere le previsioni del Modello Standard.
L'esperimento BESIII è ospitato dall'Istituto di fisica delle alte energie dell'Accademia cinese delle scienze con sede a Pechino, in Cina ed è stato avviato nel 2009. BESIII è una collaborazione internazionale composta da circa 500 fisici provenienti da 17 paesi diversi in Asia, Europa e Americhe . + Esplora ulteriormente
