sabato, Maggio 18, 2024

Perché la nuova misura della massa del bosone W mette in crisi il Modello Standard

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Nuovo scossone nella fisica, che fa scricchiolare il Modello Standard, la teoria a oggi più completa (nonché meglio sperimentalmente verificata) che descrive il comportamento di tutte le particelle al momento conosciute. La notizia è che un’équipe internazionale di scienziati, di cui fanno parte anche i ricercatori dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), hanno misurato la massa di una particella elementare, il bosone W, con una precisione senza precedenti. E tale valore, per l’appunto, non coincide con quello previsto dal Modello Standard, il che, dando per buono il risultato della misura, implica la possibile esistenza di una nuova fisica ancora sconosciuta da integrare nel modello. I dettagli dell’esperimento sono stati pubblicati sulla rivista Science

Il bosone W è una particella scoperta da Carlo Rubbia e Simon van der Meer (che proprio per questo si sono aggiudicati il premio Nobel per la fisica nel 1984) ed è una delle due particelle mediatrici della cosiddetta forza debole, responsabile, tra l’altro, dei processi di decadimento nucleare che alimentano il nostro Sole. La misura della massa del bosone W, così come di quella del suo “compagno”, il bosone Z, è particolarmente interessante per i fisici, dal momento che – a differenza di quello che avviene per altre particelle – il Modello Standard fornisce un valore preciso per tali masse. Misurare con precisione la massa di W e Z è tutt’altro che semplice, ed è anche per questo che il risultato annunciato oggi è così importante.

“Negli ultimi quarant’anni –  commenta Giorgio Chiarelli, ricercatore della sezione di Pisa dell’Infn e co-responsabile della collaborazione scientifica Collider Detector at Fermilab (Cdf, l’esperimento in questione) – molti esperimenti agli acceleratori hanno misurato la massa del bosone W: sono misure complicate, ma nel tempo sono stati raggiunti livelli di precisione sempre crescenti. Abbiamo impiegato molti anni per valutare tutti i vari aspetti da tenere in considerazione nella misura e per realizzare tutti i controlli e le verifiche necessari. Ad oggi, questa è la nostra misura più solida, e la discrepanza tra il valore atteso e quello misurato permane”. Ancora più enfatico Martijn Mulders, fisico delle particelle al Cern di Ginevra. “Questa – ha scritto in un commento al paper – potrebbe essere la scoperta più importante dalla messa a punto del Modello Standard, sessant’anni fa”

I numeri dell’esperimento

Ecco i numeri: l’esperimento Cdf, osservando il comportamento di oltre 4 milioni di candidati bosoni W, quattro volte di più rispetto a quelli osservati nell’esperimento precedente (risalente al 2012) ha fornito una misura per la massa del bosone W pari a 80,4335 gigaelettronvolt. La precisione, a quanto riportano gli autori del lavoro, è molto alta, l’equivalente di un errore di 10 grammi sulla misura del peso corporeo di una persona. Il valore teorico, quello previsto invece dal Modello Standard, è di 80,379 gigaelettronvolt: la differenza ha una significatività statistica superiore alle 5 sigma, la cosiddetta “soglia di attendibilità” per le misure di questo tipo, il che corrisponde a una probabilità di 1 su 3 milioni e mezzo circa che un risultato simile sia semplicemente frutto del caso. Nello specifico, in questo caso la differenza è di circa 7 sigma, il che corrisponde addirittura a una probabilità di “errore” di 1 su 780 miliardi. 

“Il risultato – ha commentato David Toback, esperto della Texas A&M University e co-responsabile di Cdf – è un contributo importante per testare l’accuratezza del Modello Standard. Ora saranno gli altri esperimenti e la comunità dei fisici teorici ad approfondire e fare maggiore chiarezza su questa discrepanza. Se la differenza tra il valore sperimentale e quello atteso è dovuta a qualche nuova particella o interazione subatomica, che è una delle possibilità, c’è una buona probabilità che possa essere scoperta nei prossimi esperimenti”.

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