Le prime crepe del Modello Standard dopo 50 anni

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Il Modello Standard è un modello teorico che descrive tutto ciò che sappiamo dei costituenti fondamentali della materia: le particelle. La sua costruzione teorica è stata completata verso la metà degli anni ’70 e da allora vi è stato un susseguirsi di successi sperimentali che hanno confermato tutte le predizioni teorizzate. Il pezzo mancante del modello era il famoso bosone di Higgs che è stato scoperto al CERN di Ginevra nel 2012 permettendo al fisico Peter Higgs, che ne aveva teorizzato l’esistenza nel 1964, di vincere il premio Nobel nel 2013.
A seguito di questa scoperta sono aumentati a dismisura i tentativi di “rompere il Modello Standard”, ossia le ricerche di un qualcosa che non fosse predetto dal modello stesso. Il desiderio di superare il Modello Standard nasce dal fatto che questo modello non è in grado di risolvere alcune domande fondamentali sulla struttura dell’Universo, le due più importanti riguardano l’esistenza della materia oscura e l’asimmetria tra materia e antimateria. L’esistenza della materia oscura è necessaria a giustificare numerose osservazioni che provengono dall’astrofisica ed è un’idea accettata dalla maggior parte dei fisici ma non è ancora mai stata osservata, un po’ come il bosone di Higgs prima del 2012. L’asimmetria materia antimateria è invece una condizione necessaria a spiegare l’esistenza dell’Universo stesso, tuttavia il Modello Standard prevede una quasi perfetta simmetria tra materia e antimateria, in poche parole ogni volta che viene creato un elettrone viene creato anche un antielettrone (positrone), una particella esattamente uguale all’elettrone ma con carica opposta. Il problema dell’antimateria è che a contatto con la materia annichilisce, ossia produce fotoni, le particelle che compongono la luce. Quindi, se effettivamente il Modello Standard fosse esatto, l’Universo non si sarebbe mai potuto creare perché non appena le prima particelle sono state prodotte durante il Big Bang sarebbero state create anche le rispettive antiparticelle e vi sarebbe stata una serie di annichilazioni che avrebbero posto fine all’Universo dopo neanche un secondo dalla sua creazione.
Nelle ultime settimane sono state annunciate due evidenze diverse di superamento del Modello Standard in due campi completamente diversi della fisica delle particelle. La prima delle due proviene dal CERN di Ginevra, istituto in cui si trova il più grande acceleratore di particelle mai costruito, un anello di 27 km di diametro a 100 m di profondità nel sottosuolo raffreddato a circa -271°C in cui si fanno scontrare tra di loro particelle ad altissima energia. In uno dei quattro esperimenti situati in vari punti dell’anello, sono stati raccolti dei dati in disaccordo con uno dei caposaldi del Modello Standard: l’universalità leptonica. Questa sorta di regola afferma che una qualsiasi particella che può decadere in leptoni, ossia trasformarsi in più particelle di cui almeno due leptoni, decadrà con ugual probabilità in tutti i tipi di leptoni esistenti. I leptoni sono una famiglia di particelle di cui fanno parte elettrone e muone, una particella molto simile all’elettrone ma duecento volte più pesante, ed in questo caso la violazione dell’universalità leptonica riguarda proprio loro, infatti il mesone b, un’altra particella ancora, sembrerebbe avere un preferito tra elettrone e muone. Al momento si tratta solamente di un’evidenza perché non ci sono ancora abbastanza dati, infatti affinché possa essere annunciata una scoperta la probabilità che tali misure siano stato un caso molto particolare di Modello Standard deve essere molto bassa (inferiore allo 0,00000286%) per cui è necessario prendere ancora più dati e vedere se questo comportamento è confermato.
Un’altra evidenza di superamento del Modello Standard proviene dall’altra parte del globo, precisamente al Fermilab di Chicago ed è una questione aperta dal 2012 quando, al Brookhaven National Laboratory vicino New York, è stata annunciata una discrepanza tra misura sperimentale e calcoli teorici eseguiti seguendo le regole del Modello Standard. La misura in questione riguarda il momento magnetico anomalo del muone, una proprietà ben conosciuta di questa particella che riguarda il suo movimento all’interno di un campo magnetico. Purtroppo, anche in questo caso, i dati non erano abbastanza per annunciare la scoperta ed inoltre l’acceleratore di particelle da cui venivano prodotti i muoni non era tra i più potenti per cui sarebbe stato impossibile raccogliere sufficienti misure. Per questo motivo si è deciso di spostare l’intero esperimento al Fermilab di Chicago, dove si trova il più potente acceleratore di particelle statunitense: il Tevatron. Il problema principale è stato il trasporto poiché l’apparato sperimentale è costituito da una struttura di circa 14 metri di diametro adatta all’accumulazione e allo studio delle proprietà dei muoni, ad ogni modo, dopo un viaggio di più di 5000 km, in parte via mare e in parte via gomma, l’esperimento è arrivato al Fermilab e proprio qualche giorno fa sono stati annunciati i risultati della prima fase dell’esperimento. Tuttavia, anche questa volta, sebbene si possa affermare di essere molto vicini alla scoperta vera e propria, non sono stati raccolti abbastanza dati, per cui bisognerà aspettare la fine della seconda fase dell’esperimento che dovrebbe essere tra uno o due anni.
L’aspetto più affascinante di entrambe le evidenze è che se anche dovessero essere confermate come scoperte ciò che si otterrebbe è “solamente” la falsificazione di una parte del Modello Standard ma nessuna informazione sulla causa ed è proprio per questo motivo che dopo questi due annunci numerosi fisici teorici si sono messi al lavoro formulando numerose teorie che possano spiegare queste anomalie ipotizzando l’esistenza di nuove particelle o, addirittura, di una nuova forza elementare da affiancare alle quatto già scoperte di cui le due più famose sono sicuramente la forza di gravità e la forza elettromagnetica. In definitiva non ci resta che aspettare per nuovi dati e incrociare le dita, l’unica certezza è che i prossimi anni saranno sicuramente avvincenti per la fisica delle particelle.

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