Un’anomalia nei muoni trovata al Fermilab potrebbe segnare l’inizio di una nuova fisica

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muoni
(Foto: Reidar Hahn, Fermilab)

Non si comportano come previsto. Sono le minuscole particelle subatomiche chiamate muoni e studiate nell’ambito dell’esperimento Muon g-2, coordinato dal Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) e che vede la collaborazione internazionale di 200 ricercatori di 35 istituzioni, tra cui anche l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). E che finalmente mostra i suoi primi risultati tanto attesi: nel nuovo studio, appena pubblicato su Physical Review Letters, i ricercatori hanno riportato i primi risultati dell’esperimento e osservato come i muoni disobbediscono alle leggi della fisica, e in particolare al Modello standard. Una scoperta, quindi, che suggerisce l’esistenza di forze e particelle che sono ancora sconosciute al mondo della scienza. “Oggi è un giorno straordinario, tanto atteso non solo da noi ma da tutta la comunità dei fisici internazionali”, ha commentato Graziano Venanzoni, co-portavoce dell’esperimento Muon g-2 e fisico dell’Infn.

Ricordiamo che il muone è una particella simile all’elettrone, ma molto più pesante (200 volte maggiore), che si genera naturalmente quando i raggi cosmici colpiscono l’atmosfera terrestre o prodotti dall’acceleratore del Fermilab. Dato che i muoni sono dotati di spin e possiedono un momento magnetico, cioè agiscono come se avessero un minuscolo magnete interno, nel nuovo esperimento i ricercatori sono riusciti a calcolare con estrema precisione le proprietà magnetiche di queste particelle e ottenere una misura del cosiddetto momento magnetico anomalo del muone. Dai dati, i ricercatori hanno confermato i risultati ottenuti nel 2001 in un esperimento di un altro acceleratore di particelle, il Brookhaven National Laboratory vicino a New York, che aveva già evidenziato alcune discrepanze con le previsioni del Modello standard, il quadro teorico che descrive il comportamento e le interazioni di tutte le particelle fondamentali che conosciamo.

In particolare, il team ha scoperto che i muoni non si comportano come previsto quando immersi in campo magnetico. E questo comportamento anomalo è la prova che queste particelle sono sensibili a qualcosa che non è ancora stato descritto dal modello teorico. Più precisamente, i ricercatori si sono concentrati su una proprietà del muone chiamata ‘fattore giromagnetico g’, che è risultata diversa rispetto a quella prevista dal modello teorico. La discrepanza tra il risultato sperimentale e il calcolo teorico potrebbe quindi essere dovuta a particelle e interazioni sconosciute di cui il Modello standard non tiene conto. Ma è una nuova scoperta? Ci siamo quasi: la misura dell’esperimento, spiegano i ricercatori, raggiunge una significatività statistica di 3.3 deviazioni standard, valore che se combinato con quello dell’esperimento del 2001 porta a una significatività della discrepanza a 4.2 deviazioni standard, poco meno quindi delle 5 deviazioni standard che sono necessarie per confermare una scoperta. “Finora abbiamo analizzato meno del 6% dei dati che l’esperimento alla fine raccoglierà”, racconta Chris Polly, scienziato del Fermilab. “Anche se questi primi risultati ci dicono che c’è una differenza interessante con il Modello standard, impareremo molto di più nei prossimi due anni”. Ed è quindi probabile che con i prossimi esperimenti si potranno superare abbondantemente le 5 deviazioni standard.

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