Esperimenti al CERN e all'Accelerator Laboratory di Jyväskylä, in Finlandia, hanno rivelato che il raggio di un nucleo esotico di alluminio, 26 m Al, è molto più grande di quanto si pensasse in precedenza. Il risultato, descritto in un articolo appena pubblicato su Physical Review Letters , fa luce sugli effetti della forza debole sui quark, le particelle elementari che compongono protoni, neutroni e altre particelle composite.
Delle quattro forze fondamentali della natura conosciute - la forza elettromagnetica, la forza forte, la forza debole e la gravità - la forza debole può, con una certa probabilità, cambiare il "sapore" di un quark. Il Modello Standard della fisica delle particelle, che descrive tutte le particelle e le loro interazioni tra loro, non prevede il valore di questa probabilità, ma, per un dato sapore di quark, prevede che la somma di tutte le possibili probabilità sia esattamente 1. Pertanto, la somma delle probabilità offre un modo per testare il Modello Standard e cercare nuova fisica:se la somma delle probabilità risultasse diversa da 1, ciò implicherebbe una nuova fisica oltre il Modello Standard.
È interessante notare che la somma delle probabilità che coinvolge il quark up è attualmente in apparente tensione con l'unità prevista, sebbene la forza della tensione dipenda dai calcoli teorici sottostanti. Questa somma include le rispettive probabilità che il quark down, il quark strange e il quark bottom si trasformino nel quark up.
La prima di queste probabilità si manifesta nel decadimento beta di un nucleo atomico, in cui un neutrone (costituito da un quark up e due quark down) si trasforma in un protone (composto da due quark up e uno quark down) o viceversa. Tuttavia, a causa della struttura complessa dei nuclei atomici che subiscono decadimenti beta, una determinazione esatta di questa probabilità generalmente non è possibile.
I ricercatori si rivolgono quindi a un sottoinsieme di decadimenti beta meno sensibili agli effetti della struttura nucleare per determinarne la probabilità. Tra le numerose quantità necessarie per caratterizzare tali decadimenti beta "superconsentiti" c'è il raggio (di carica) del nucleo in decadimento.
Qui è dove si trova il nuovo risultato per il raggio dei 26m Entra il nucleo Al, che subisce un decadimento beta superconsentito. Il risultato è stato ottenuto misurando la risposta dei 26m Il nucleo Al della luce laser negli esperimenti condotti presso la struttura ISOLDE del CERN e la struttura IGISOL del Laboratorio dell'Acceleratore. Il nuovo raggio, una media ponderata dei set di dati ISOLDE e IGISOL, è molto più ampio del previsto e il risultato è un indebolimento dell'attuale tensione apparente nella somma delle probabilità che coinvolge il quark up.
"I raggi di carica di altri nuclei che subiscono decadimenti beta superconsentiti sono stati misurati in precedenza presso ISOLDE e altre strutture, e sono in corso sforzi per determinare il raggio di 54 Co dell'IGISOL", spiega Peter Plattner, fisico di ISOLDE e autore principale dell'articolo. "Ma 26m Al è un caso piuttosto unico poiché, sebbene sia il nucleo studiato più precisamente, il suo raggio è rimasto finora sconosciuto e, a quanto pare, è molto più grande di quanto ipotizzato nel calcolo della probabilità del quark down. trasformandosi nel quark up."
"Le ricerche di nuova fisica oltre il Modello Standard, comprese quelle basate sulla probabilità che i quark cambino sapore, sono spesso un gioco di alta precisione", afferma il teorico del CERN Andreas Juttner. "Questo risultato sottolinea l'importanza di esaminare tutti i risultati sperimentali e teorici rilevanti in ogni modo possibile."
Esperimenti passati e presenti di fisica delle particelle in tutto il mondo, compreso l'esperimento LHCb al Large Hadron Collider, hanno contribuito, e continuano a contribuire, in modo significativo alla nostra conoscenza degli effetti della forza debole sui quark attraverso la determinazione di varie probabilità di un sapore di quark. modifica. Tuttavia, gli esperimenti di fisica nucleare sui decadimenti beta superconsentiti offrono attualmente il modo migliore per determinare la probabilità che il quark down si trasformi nel quark up, e questo potrebbe rimanere vero nel prossimo futuro.
Ulteriori informazioni: P. Plattner et al, Raggio di carica nucleare di Al26m e sue implicazioni per Vud nella matrice di miscelazione dei quark, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.222502
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
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