La nuova Fisica, quella che il Modello Standard non riesce a spiegare, avanza. E lo fa a piccoli passi ma con risultati sempre più sorprendenti. L'ultimo traguardo lo hanno raggiunto al FemiLab dove i ricercatori sono riusciti a determinare una nuova e precisa misura delle proprietà magnetiche del muone, una particella elementare appartenente alla famiglia dei leptoni, molto simile all’elettrone, ma con una massa circa 200 volte maggiore.
«Questa nuova misurazione - hanno spiegato i fisici durante il seminario che si è svolto proprio i presso il Fermi National Accelerator Laboratory (FermiLab) di Batavia, vicino Chicago- fornisce nuova evidenza a favore dell’esistenza di fenomeni fisici non descritti dal Modello Standard, la teoria di riferimento per la spiegazione dei processi subatomici».
COSA HANNO MISURATO I FISICI
Al centro statunitense per le ricerche in fisica delle particelle, che ospita l’esperimento, la collaborazione internazionale responsabile di Muon g-2 è riuscita ad ottenere una misura del cosiddetto momento magnetico anomalo del muone con una precisione senza precedenti, confermando le previsioni del Modello Standard già evidenziate in un precedente esperimento condotto al Brookhaven National Laboratory, vicino New York, e conclusosi nel 2001. La soglia vera e propria per annunciare una nuova scoperta è stata fissata, nel gergo della fisica, in poco meno di 5 sigma e se l'attuale esperimento del Fermi Lab ha raggiunto il 3, 3 e quello precedente lo 0,9 sigma (ovvero l'accuratezza della misura per rilevare una nuova sub particella) siamo già a 4,2, molto vicini alla soglia. «Questo risultato fondamentale, quindi -spiegano i ricercatori- rappresenta un importante ed entusiasmante indizio della possibile presenza di forze o particelle ancora sconosciute, questione che da decenni alimenta discussioni tra gli scienziati del settore». Il risultato sperimentale dello studio è stato presentato da Chris Polly, fisico del Fermilab e co-portavoce della collaborazione scientifica Muon g-2.
(I laboratori del FermiLab di Batavia vicino Chicago iin Illinois)
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IL CONTRIBUTO ITALIANO E L'INFN
«La misura di altissima precisione che abbiamo ottenuto con il nostro esperimento era da lungo tempo attesa da tutta la comunità internazionale della fisica delle particelle -ha spiegato Graziano Venanzoni co-portavoce dell’esperimento Muon g-2 e ricercatore della Sezione Infn di Pisa-. In attesa dei risultati delle analisi sui vari set di dati acquisiti recentemente dall’esperimento e su quelli che verranno raccolti nel prossimo futuro, ci offre già un possibile spiraglio verso una nuova fisica.
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(Graziano Venanzoni co-portavoce dell’esperimento Muon g-2 e ricercatore della Sezione Infn di Pisa)
LA RICERCA SPIEGATA FACILE
Dopo oltre due decenni di attesa oggi è stato quindi messo un nuovo tassello alla comprensione della fisica subatomica, quello delle particelle elementari. Ma cosa è il “momento magnetico del muone” dall’esperimento “muon g-2? «Il muone -spiega il fisico italiano Luca Visinelli, attualmente in forza presso presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) come assegnista “Marie Curie”- è una particella simile all’elettrone, ma più pesante, ed il momento magnetico g misura la forza del campo magnetico prodotto dalla particella stessa. Per il muone, il valore del momento magnetico è molto vicino a due, con possibili deviazioni (g-2) che derivano da effetti (attesi) dovuti alla interazione con altre particelle note, oltre che da effetti (inattesi ma sperati) dovuti a nuova fisica ancora sconosciuta. Una misura accurata del momento magnetico permette quindi di sondare l’esistenza di nuova fisica oltre a quella conosciuta, come l’esistenza di nuove particelle».
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UN PO' DI STORIA
L’esperimento “muon g-2” al Brookhaven National Laboratory in New York ha raccolto dati dal 1997 al 2001, quando i risultati annunciati hanno riportato un valore del momento magnetico del muone diverso da quello atteso da calcoli teorici. Sebbene non trascurabile, questa discrepanza non è però sufficiente per concludere con certezza dell’esistenza di deviazioni dalla fisica nota.
«Il risultato di oggi è sempre VIsinelli a parlare- potrebbe corroborare la discrepanza rilevata nei laboratori di Brookhaven, e forse persino aumentarla. Questo potrebbe essere un indizio per l’esistenza di nuove particelle fondamentali e potrebbe dare una direzione alla ricerca di nuova fisica nei laboratori di tutto il mondo. In particolare, queste particelle potrebbero essere dietro l’angolo per acceleratori come il Large Hadron Collider al CERN in Svizzera».
(Luca Visinelli fisico assegnista all'Infn di Frascati)
COSA SONO I MUONI
Come già detto il muoni, una particella elementare appartenente alla famiglia dei leptoni, molto simile all’elettrone, ma con una massa circa 200 volte maggiore, è generato naturalmente nell’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre, possono essere prodotti in gran numero dall’acceleratore del Fermilab e iniettati all’interno dell’anello di accumulazione magnetico di Muon g-2, del diametro di 15 metri, dove vengono fatti circolare migliaia di volte con velocità prossima a quella della luce.
«Come gli elettroni -spiega Michele Iacovacci, ricercatore della collaborazione Muon g-2 e della Sezione INFN di Napoli-, anche i muoni sono dotati di spin e possiedono un momento magnetico, ovvero producono un campo magnetico del tutto analogo a quello di un ago di bussola. All’interno dell’anello di Muon g-2, il momento magnetico dei muoni acquista un moto di precessione attorno alla direzione del campo magnetico, analogo a quello di una trottola in rotazione. L’esperimento misura con altissima precisione la frequenza di questo moto di precessione dei muoni. Il Modello Standard prevede che per ogni particella il valore del momento magnetico sia proporzionale a un certo numero, detto ‘fattore giromagnetico g’, e che il suo valore sia leggermente diverso da 2, da qui il nome ‘g-2’ o ‘anomalia giromagnetica’ dato a questo tipo di misura. Il risultato di Muon g-2 evidenzia una differenza tra il valore misurato di ‘g-2’ per i muoni e quello previsto dal Modello Standard, la cui previsione si basa sul calcolo delle interazioni dei muoni con particelle “virtuali” che si formano e si annichilano continuamente nel vuoto che li circonda. La discrepanza tra il risultato sperimentale e il calcolo teorico -conclude- potrebbe quindi essere dovuta a particelle e interazioni sconosciute di cui il Modello Standard non tiene conto. Con il risultato che abbiamo presentato, ottenuto grazie al primo set di dati raccolti da Muon g-2 (Run 1), l’esperimento ha quindi compiuto un importante passo verso la conferma dell’esistenza di fenomeni di nuova fisica».
(Michele Iacovacci, ricercatore della collaborazione Muon g-2 e della Sezione Infn di Napoli)
UNA NUOVA PARTICELLA?
Pare proprio che una nuova particella subatomica bussi alla finestra, per scaramanzia gli scienziati non hanno pensato a nessun nome, ma sperano tanto che si aprano le porte alla nuova Fisica e nel frattempo, ancora una volta, la scienza italiana ha fornito il suo fondamentale contributo visto che nell'esperimento sono coinvolte le strutture dell’INFN di Napoli, Pisa, Roma Tor Vergata, Trieste, Udine, e dei Laboratori Nazionali di Frascati, «sia in quella successiva di analisi, con contributi originali -ha voluto precisare Marco Incagli, della sezione INFN di Pisa, responsabile nazionale di Muon g-2-, da parte di validissimi giovani ricercatori».
(Questa immagine aerea mostra le linee di luce utilizzate per entrambi gli esperimenti Muon g-2 e Mu2e. Il Recycler Ring invia protoni nella stazione target Muon g-2 per produrre muoni, che attraversano il Delivery Ring fino all'esperimento nell'edificio MC-1. Per l'esperimento Mu2e, il Recycler Ring invierà protoni nell'Anello di consegna; da lì i protoni si dirigono verso la stazione target Mu2e nell'edificio Mu2e) Credits FermiLab
Il muone è una particella meravigliosa e affascinante. Questa infografica presenta alcune delle statistiche di base della particella insieme a fatti divertenti.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letter.
enzo.vitale@ilmessaggero.it