CERN (Depositphotos FOTO) - www.sciencecue.it
Al CERN è stato osservato un processo rarissimo che potrebbe aprire le porte a nuove scoperte in fisica, sfidando le teorie attuali.
L’esperimento NA62 al CERN ha raggiunto un risultato senza precedenti, osservando per la prima volta un rarissimo processo di decadimento di un kaone carico in un pione carico e due neutrini. Questo tipo di decadimento è uno degli eventi più rari previsti dal Modello Standard delle particelle, con una probabilità che si verifichi inferiore a un caso su dieci miliardi. Il team di scienziati ha confermato il risultato con una significatività statistica di 5 sigma, il che significa che la possibilità che il fenomeno sia dovuto a fluttuazioni statistiche è estremamente bassa, aprendo la porta a nuove prospettive nella ricerca di fisica oltre il Modello Standard.
Questo decadimento raro rientra nella cosiddetta “fisica del sapore”, una branca della fisica delle particelle che studia i cambiamenti tra diversi tipi di quark, le particelle fondamentali che compongono protoni e neutroni. Osservare e misurare con precisione un decadimento così raro offre agli scienziati l’opportunità di esplorare fenomeni inaspettati o discrepanze che potrebbero indicare l’esistenza di nuove particelle o forze non previste dalle attuali teorie. L’esperimento è stato presentato il 24 settembre 2024 durante un seminario al CERN, suscitando grande interesse nella comunità scientifica internazionale.
L’esperimento NA62, progettato e realizzato proprio per studiare questi decadimenti rari, è stato sviluppato da un consorzio di ricercatori internazionali che include l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). L’esperimento utilizza un fascio di protoni ad alta intensità prodotto dal Super Proton Synchrotron (SPS), uno degli acceleratori del CERN, che collide con un bersaglio fisso per generare un fascio secondario di particelle, di cui il 6% sono kaoni carichi. NA62 è progettato per identificare con estrema precisione i prodotti di decadimento dei kaoni, misurando tutte le particelle prodotte, tranne i neutrini che, per loro natura, sfuggono al rilevamento e vengono identificati come energia mancante.
La capacità di NA62 di misurare il decadimento raro con una precisione del 25% è un risultato notevole e, sebbene il tasso di decadimento osservato sia in linea con le previsioni del Modello Standard, ci sono indizi che suggeriscono una possibile discrepanza. L’esperimento ha mostrato che la frequenza di questo decadimento potrebbe essere leggermente superiore a quanto previsto, una differenza che potrebbe essere spiegata dalla presenza di nuove particelle non ancora scoperte.
La scoperta del decadimento raro dei kaoni è particolarmente significativa perché diversi modelli teorici suggeriscono che questi processi siano sensibili a potenziali deviazioni dalle previsioni del Modello Standard. In altre parole, anche una piccola discrepanza tra il tasso di decadimento osservato e quello previsto potrebbe fornire prove di una nuova fisica. Questa è la ragione per cui gli scienziati sono così concentrati su questi eventi rari: sono uno dei pochi punti deboli del Modello Standard dove potrebbero emergere segni di fenomeni ancora sconosciuti.
Il Modello Standard descrive con precisione molte delle interazioni fondamentali tra particelle, ma non riesce a spiegare fenomeni come la materia oscura, l’energia oscura e la gravità. Per questo motivo, ogni volta che viene osservato un evento raro che potrebbe deviare dalle previsioni del Modello Standard, gli scienziati sperano che possa essere la chiave per aprire nuove vie di ricerca e risolvere i misteri ancora irrisolti della fisica.
Il successo dell’esperimento NA62 è dovuto anche agli aggiornamenti tecnologici apportati negli ultimi anni, che hanno permesso di aumentare l’intensità del fascio del 30% e migliorare le tecniche di raccolta dati. Questi miglioramenti hanno reso l’identificazione del decadimento raro il 50% più rapida rispetto al passato. La sfida principale è stata distinguere questo specifico decadimento tra miliardi di altri, con una probabilità di 10 su 11 che l’evento non si verificasse affatto.
Inoltre, la natura elusiva dei neutrini rende ancora più difficile rilevare con certezza il processo cercato, poiché i neutrini stessi sfuggono ai rivelatori, costringendo gli scienziati a inferire la loro presenza attraverso l’energia mancante. Nonostante queste difficoltà, il team internazionale di NA62, che include oltre 200 ricercatori, è riuscito a superare questi ostacoli..
Sebbene sia necessario raccogliere ulteriori dati per confermare se il risultato osservato indichi davvero l’esistenza di nuova fisica, questa scoperta ha rafforzato l’entusiasmo per le ricerche future. Il decadimento dei kaoni offre un’opportunità unica per esplorare nuovi fenomeni e potrebbe rivelarsi un punto cruciale per testare teorie alternative al Modello Standard. Con la raccolta di dati in corso, il team di NA62 spera di trovare altre discrepanze significative che possano confermare la presenza di nuove particelle o forze finora sconosciute.
L’importanza di questo risultato va oltre la misura stessa: rappresenta un nuovo passo nella ricerca delle leggi fondamentali che governano l’universo. L’interesse per questo tipo di processi rari continuerà a crescere, e gli scienziati di tutto il mondo seguiranno con attenzione i futuri sviluppi dell’esperimento NA62 e di altre ricerche condotte al CERN.
L’esperimento NA62 coinvolge una collaborazione internazionale con ricercatori provenienti da Europa, Stati Uniti, Canada, Messico e Russia. L’Italia ha un ruolo di primo piano, con un terzo dei partecipanti provenienti dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e da diverse università italiane.
Gli scienziati italiani hanno contribuito sia alla progettazione dei sistemi di rilevamento che all’analisi dei dati, giocando un ruolo fondamentale nel raggiungimento di questo importante traguardo.