Prima osservazione di un rarissimo decadimento di particelle | Il contributo di Unife all'esperimento NA62 del CERN
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Martedì 24 settembre i fisici dell’esperimento NA62 del CERN di Ginevra hanno presentato la prima osservazione di un processo di decadimento rarissimo previsto con precisione dal Modello Standard. La nuova misura, presentata nel corso di un seminario al CERN, potrebbe aprire un’importante via verso una "nuova fisica" oltre il Modello Standard delle particelle elementari.
L’osservazione di NA62 riguarda il decadimento di un kaone carico in un pione carico e due neutrini. Questo decadimento è tra i più rari mai osservati in quanto secondo il Modello Standard meno di un kaone carico su 10 miliardi decade in questo modo. NA62 ha misurato il decadimento con una significatività statistica che non lascia dubbi: la probabilità che gli eventi osservati siano dovuti semplicemente a una fluttuazione è meno di una su un milione.
Ma perché i fisici sono alla ricerca di decadimenti così rari? In effetti questo è l’aspetto chiave dello studio di questo decadimento: diversi modelli teorici suggeriscono che proprio a causa della sua rarità questo decadimento sia estremamente sensibile alle deviazioni dalle previsioni Modello Standard, rendendolo, quindi, uno dei modi più interessanti per cercare prove di nuova fisica al di là del Modello Standard.
NA62 ha misurato questo decadimento con una precisione del 25%, che è la misura più precisa mai realizzata fino ad oggi. Il valore trovato è superiore alle previsioni, ancora compatibile con quanto previsto dal Modello Standard anche se in modo non perfetto. Una spiegazione di questa possibile discrepanza potrebbe risiedere nella presenza di nuove particelle che aumentano la probabilità del decadimento, ma servono ulteriori dati per testare questa ipotesi. L’esperimento sta ancora prendendo dati per cui nei prossimi anni potrebbe essere in grado di convalidare o meno l’esistenza di contributi al decadimento provenienti da nuova fisica oppure fissare dei forti vincoli sull’entità di questi contributi.
L’esperimento NA62 è stato progettato e costruito appositamente per misurare questo rarissimo decadimento. I kaoni sono prodotti da un fascio di protoni ad alta intensità, fornito dal Super Proton Synchroton (SPS, uno degli acceleratori del CERN), che collide con un bersaglio fisso. Questo crea un fascio secondario di particelle di quasi 1 miliardo di particelle al secondo che finiscono nel rivelatore di NA62: di queste circa il 6% sono kaoni carichi. NA62 rileva con precisione i prodotti di decadimento dei kaoni, identificando e misurando tutte le particelle prodotte tranne i neutrini che risultano come energia mancante. La misura si basa sulla capacità di identificare il decadimento in questione e di essere certi di aver identificato proprio il decadimento giusto e non uno degli altri 9999999999 che possono imitare il segnale se qualcosa non venisse rivelato o venisse confuso.
La collaborazione NA62 coinvolge circa 200 ricercatrici e ricercatori provenienti da Europa, Stati Uniti, Canada, Messico e Russia. Di questi circa un terzo sono italiani e hanno ruoli di responsabilità sia nella realizzazione e conduzione del rivelatore, sia nel complesso sistema di acquisizione e analisi dei dati.
“Per i fisici ferraresi del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara e della sezione INFN di Ferrara è il risultato di un impegno pluriennale”, sottolinea Alberto Gianoli dell’INFN di Ferrara che guida il gruppo ferrarese. “In particolare, siamo coinvolti nello sviluppo e gestione del rivelatore di tracciamento chiamato GigaTracker e ne curiamo la parte elettronica e l’acquisizione dati. È una specie di macchina fotografica digitale: un rivelatore di silicio di piccole dimensioni (3x6 cm) posizionato direttamente sul fascio e capace di misurare posizione e tempo delle particelle che lo attraversano che sono quasi un miliardo per secondo. Oltre a questo, siamo anche impegnati nella ricerca e sviluppo di nuovi rivelatori di particelle in vista di sviluppi futuri, studiando l’interazione coerente di particelle cariche con cristalli”.
Il team di ricerca Unife e INFN-Ferrara che ha partecipato all'esperimento
Per saperne di più:
Il gruppo di ricercatori e tecnologi che a Ferrara hanno contribuito all’esperimento NA62 è composto da: Alberto Gianoli, responsabile; Laura Bandiera, vice; Nicola Canale; Angelo Cotta Ramusino; Pietro Dalpiaz; Massimiliano Fiorini; Riccardo Negrello; Ilaria Neri; Ferruccio Petrucci; Marco Romagnoni; Alexei Sytov. I tecnici elettronici sono Stefano Chiozzi e Roberto Malaguti