LHC osserva nuove differenze tra materia e antimateria

Perché l’universo è composto di materia e non di antimateria? A questa domanda sta tentando di dare una risposta il più grande acceleratore di particelle di tutti i tempi, e già qualche indizio c’è. La collaborazione LHCb al CERN ha infatti presentato proprio oggi un documento [http://arxiv.org/abs/1304.6173] per la pubblicazione sulla rivista scientifica Physical Review Letters che misura la prima asimmetria materia-antimateria nei decadimenti della particella conosciuta come la B0s (B con apice 0 e pedice s). Si tratta della quarta particella subatomica nota ad esporre tale comportamento.

Materia e antimateria secondo gli scienziati potrebbero aver condiviso i primi istanti dell’Universo, ma oggi quest’ultimo sembra essere composto essenzialmente di materia. Studiando le sottili differenze nel comportamento delle particelle e antiparticelle, gli esperimenti presso l’LHC sono in cerca di una spiegazione del predominio della materia sull’antimateria.

Ora l’esperimento LHCb ha osservato una preferenza per la materia sull’antimateria nota come “violazione-CP nel decadimento di particelle B0s neutre”, una frase senza senso per i neofiti, ma che per i fisici potrebbe rappresentare una risposta ad una domanda a lungo cercata.

I risultati sono basati sull’analisi dei dati raccolti dall’esperimento nel 2011. “La scoperta del comportamento asimmetrico nella particella B0s viene fornita con una probabilità di più di 5 sigma (che nel linguaggio dei fisici significa quasi la certezza: una probabilità su due milioni di star sbagliando, ndr.) – un risultato che è stato possibile solo grazie alla grande quantità di dati forniti dall’LHC e dalla capacità di identificazione delle particelle del rivelatore LHCb”, ha detto Pierluigi Campana, portavoce della collaborazione LHCb. “Gli esperimenti finora compiuti in altri acceleratori non erano stati in grado di accumulare un numero sufficiente di decadimenti B0s.”

La violazione della simmetria CP è stata osservata la prima volta presso il Laboratorio di Brookhaven negli Stati Uniti nel 1960 in particelle neutre chiamate kaoni (un altro tipo di mesoni, ossia particelle subatomiche). Circa 40 anni dopo, gli esperimenti in Giappone e Stati Uniti hanno trovato un comportamento simile in un’altra particella, il mesone B0 (B apice zero). Più di recente, esperimenti presso le cosiddette fabbriche di B e l’esperimento LHCb al CERN hanno scoperto che il mesone B+ (B apice +) mostra anche la violazione della simmetria CP.

Tutti questi fenomeni di violazione della simmetria CP possono essere rappresentati nel Modello Standard, la miglior teoria scientifica per la fisica subatomica, anche se alcune differenze interessanti richiedono studi più dettagliati. “Sappiamo anche che gli effetti complessivi indotti dalla violazione CP del modello standard sono troppo piccole per spiegare il dominio della materia nell’universo”, ha detto Pierluigi Campana. “Tuttavia, studiando gli effetti di violazione CP stiamo cercando i pezzi mancanti del puzzle, che prevedono severi test della teoria e sono uno strumento molto sensibile per rivelare la presenza di fisica oltre il Modello Standard.” In altre parole, di una falla nel modello che finora è l’unico a descrivere il mondo subatomico e i primi istanti dell’universo.