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Fisica delle particelle | Nuovi risultati dall’esperimento LHCb del CERN

23/03/2021

Scienza, cultura e ricerca

Fisica delle particelle | Nuovi risultati dall’esperimento LHCb del CERN
© 2018-2021 CERN

L'esperimento LHCb al CERN di Ginevra, collaborazione scientifica internazionale con una importante componente di Unife e INFN Ferrara, ha annunciato questa mattina nuovi risultati potenzialmente di grande interesse. Se confermati, suggerirebbero infatti la possibile presenza di fenomeni in disaccordo con le previsioni del Modello Standard, la teoria di riferimento per la descrizione delle particelle elementari e delle loro interazioni.

I risultati, annunciati online oggi in una delle sezioni della conferenza annuale di Moriond e in un seminario del CERN, derivano da uno studio sulla verifica della cosiddetta universalità leptonica. Secondo questa ipotesi, i decadimenti che coinvolgono i tre diversi leptoni carichi (elettrone, muone e tau) dovrebbero avvenire con la stessa probabilità.

LHCb ha riscontrato invece un comportamento diverso da quello previsto dal Modello Standard studiando un particolare decadimento di una particella contenente un quark “beauty” (mesone B carico): questa particella, anziché produrre elettroni e muoni con la stessa probabilità, sembra favorire lo stato finale contenente elettroni.

“La precisione di questa misura ha una significatività statistica di 3,1 deviazioni standard – illustra il professor Massimiliano Fiorini, responsabile del gruppo ferrarese -. Nel gergo dei fisici, questo significa che non è sufficiente per poter affermare inequivocabilmente l’osservazione del fenomeno, per la quale sono necessarie almeno 5 deviazioni standard. Se però in futuro una maggiore statistica portasse all’osservazione del fenomeno, questa sarebbe indicativa dell’esistenza di una nuova fisica oltre il consolidato Modello Standard, aprendo nuovi e inattesi scenari”.

La differenza tra il numero di muoni e quello di elettroni nei decadimenti dei mesoni B annunciata oggi, se confermata, costituirebbe una scoperta molto importante: dimostrerebbe infatti la presenza di un problema all’interno del Modello Standard, la cui soluzione condurrebbe all’esistenza di una particella ancora ignota, caratterizzata da differenti intensità d’interazione con i leptoni carichi.  Il risultato rappresenta un test di grande precisione dell’universalità leptonica nei decadimenti di particelle con quark beauty, consistente entro gli errori sperimentali con valori ottenuti precedentemente dalle collaborazioni BaBar e Belle. Esso necessita però di ulteriori prove sperimentali.

"L'esperimento LHCb inizierà a raccogliere nuovi dati nel 2022, dopo un aggiornamento del rivelatore durato più di due anni - continua Fiorini - . Grazie all’aumento del numero di eventi che riusciremo a ottenere nel prossimo futuro, insieme ad altre analisi su dati già acquisiti attualmente in cantiere, l’esperimento LHCb avrà la possibilità di verificare il risultato attuale e con maggiore precisione, confermando o confutando in maniera inequivocabile le previsioni del Modello Standard".

La compagine ferrarese apporterà quindi ancora un fondamentale contributo: “Dopo aver preso parte alla costruzione del rivelatore dei muoni, abbiamo partecipato allo sviluppo del nuovo rivelatore di luce Cherenkov, che verrà utilizzato per la prima volta nel Run 3, la terza fase dell’esperimento,  a partire dal prossimo anno. In LHCb ci occupiamo inoltre di selezione e analisi dati, di sviluppo di sistemi di calcolo e gestione dei dati”.

Il gruppo ferrarese è costituita da fisici dell’Università di Ferrara (Roberto Calabrese, Massimiliano Fiorini, Eleonora Luppi, Luciano Pappalardo e Luca Tomassetti) e da ricercatori e tecnologi della sezione di Ferrara dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Mirco Andreotti, Wander Baldini, Concezio Bozzi, Angelo Cotta Ramusino e Stefania Vecchi). Completano il gruppo tecnici dell’Università e dell’INFN e giovani laureandi, dottorandi e assegnisti di ricerca.

Il lavoro di ricerca in un ambiente internazionale altamente competitivo permette di aumentare notevolmente il bagaglio di esperienza e conoscenza di giovani studenti e studentesse. In particolare, gli studenti e le studentesse del corso di Laurea in Fisica dell’Università di Ferrara hanno un accesso privilegiato alle collaborazioni internazionali del CERN di Ginevra, già a partire dal percorso di laurea.

 

L'esperimento LHCb

L'esperimento LHCb è uno dei quattro grandi esperimenti al Large Hadron Collider al CERN, situato circa 100 metri sottoterra al confine franco-svizzero vicino a Ginevra. L'esperimento è progettato per studiare il decadimento di particelle contenenti quark di tipo “beauty”, una particella fondamentale che ha circa quattro volte la massa del protone. I risultati presentati oggi si concentrano sull'universalità del sapore leptonico, ma l'esperimento LHCb studia anche le differenze materia-antimateria.

 

Per saperne di più

Unife e l'LHCb