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CERN, un esperimento fa pensare all’esistenza di una quinta forza fondamentale

Un esperimento condotto usando LHC ha rivelato un anomalia nella formazione di particelle dopo la collisione fra protoni

Categorie Fisica

È di poche ore fa la notizia che ha letteralmente elettrizzato il mondo della fisica delle particelle. Al CERN di Ginevra è stato osservato un fenomeno che potrebbe mettere in discussione la teoria del Modello Standard. Scopriamo insieme in cosa consiste l’esperimento e perché potrebbe rappresentare uno dei più importanti risultati sperimentali degli ultimi anni.

Il CERN, il centro di fisica sperimentale più importante del mondo

Il CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) è il più grande laboratorio al mondo in cui si studia dal punto di vista sperimentale la fisica delle particelle. Situato al confine fra Francia e Svizzera, il CERN nacque nel 1954 per restituire all’Europa il primato in materia di fisica nucleare. Infatti, nel periodo fra le due guerre, la culla della fisica erano diventati gli Stati Uniti, grazie anche a geniali personalità europee ed italiane, come quella di Enrico Fermi.

CERN Aerial View
Veduta aerea dell’area coperta dal CERN – Fonte: Wikipedia

Con l’avvento dei primi calcolatori elettronici, al CERN fu creata una delle prime reti di calcolo computerizzato. Nel 1989 nacque proprio qui il primo prototipo di Internet, il cosiddetto WorldWideWeb (WWW). L’esigenza primaria era quella di scambiare i dati da remoto fra gli scienziati del CERN. Comprese le enormi potenzialità dello strumento di comunicazione, i tecnici informatici del centro di ricerca resero disponibile e libero per tutti il WWW, dando il via al mondo informatico moderno.

Gli obiettivi del CERN e il Large Hadron Collider

L’attività primaria del CERN è quella di studiare il comportamento delle particelle subatomiche in presenza di collisioni ad alta energia. Per far ciò, nel corso degli anni, sono stati costruiti ben 7 acceleratori di particelle. Il più importante fra questi è senza dubbio il Large Hadron Collider (LHC), entrato in funzione nel 2008.

schema LHC al CERN
Schema degli acceleratori di particelle usati al CERN – Fonte: Wikipedia

L’LHC, in italiano Grande collisore di adroni, è l’acceleratore di particelle più grande e con più energia sprigionata esistente sul globo terrestre. Con una circonferenza di ben 27 km, possiede un energia di 14 teraelettronvolt. L’elettronvolt è l’unità di misura dell’energia in ambito subatomico, ove gli ordini di grandezza sono di gran lunga più piccoli rispetto al mondo macroscopico, in cui normalmente usiamo Joule [J] o Calorie [cal]. Esso è sostanzialmente un gigantesco tunnel in cui vengono fatti circolare due fasci di particelle in direzioni opposte. Vi sono dunque quattro zone di rilevazione, in cui gli scienziati possono valutare il risultato dell’esperimento di collisione. Una di queste è la zona dell’esperimento LHCb, tramite il quale, pochi giorni fa, gli scienziati hanno registrato un comportamento anomalo, almeno rispetto alla teoria fisico-matematica.

Il Large Hadron Collider beauty, esperimento di punta del CERN

LHCb riguarda lo studio del comportamento degli adroni in presenza dei cosiddetti quark beauty. Gli adroni non sono altro che particelle subatomiche formate da quark oppure da quark e antiquark. Un esempio di adrone è il protone, nota particella con carica positiva. L’esperimento LHCb si propone di analizzare la fisica dei quark b, alla luca della teoria del Modello Standard, che descrive le interazioni elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole.

LHCb Material for Presentations - CERN
Ricostruzione grafica di LHCb – Fonte: CERN.

Il risultato inatteso e l’incertezza sulle conclusioni

Utilizzando LHCb è stato visto come il decadimento del quark b non produce la stessa quantità di elettroni e muoni, come invece ci si aspettava. Infatti, la teoria matematica del Modello Standard prevede che le particelle dovrebbero dividersi in elementi che contengono elettroni alla stessa velocità con la quale si dividono in elementi che contengono muoni. Se il dato fosse confermato, e non fosse frutto di una coincidenza statistica, potrebbe essere la scoperta di particelle o interazioni subatomiche finora sconosciute. Nell’ipotesi più elettrizzante, questo fenomeno potrebbe portare alla scoperta e alla formulazione teorica di una quinta interazione fondamentale.

Matteo Palutan, vice-responsabile internazionale della collaborazione LHCb e ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), intervistato dall’ANSA, ha asserito che “per trarre delle conclusioni bisogna raccogliere prima nuovi dati. Insieme ad altre analisi su dati già acquisiti attualmente in cantiere avremo la possibilità di verificare il risultato attuale e sperabilmente mettere in crisi il Modello Standard”.

Il sogno della nuova frontiera della fisica

Il risultato ottenuto al CERN di Ginevra ha subito attirato l’attenzione dei fisici teorici e sperimentali di tutto il mondo, poiché potrebbe mettere in crisi il Modello Standard e aprire una nuova frontiera nel mondo della scienza. Già ora, tale modello non è in grado di spiegare l’esistenza della gravità e, secondo molti fisici, non spiega il 95% dei fenomeni cosmici, laddove entra in gioco la famosa forza oscura.

Se i risultati sospetti fossero confermati con l’arrivo di ulteriori rilevazioni, questo potrebbe segnare la scoperta di nuove particelle, ma soprattutto di una nuova interazione oltre alle tre descritte nel modello standard e la quarta, quella gravitazionale.

Non ci resta che attendere, impazienti, buone notizie dagli scienziati del CERN.