LHC, ancora conferme per il modello standard


A pochi giorni dalla sua riapertura, LHC torna a far parlare di sé. E lo fa con una scoperta più importante di quello che potrebbe sembrare di primo acchito. I dati raccolti dall’acceleratore del Cern hanno permesso di osservare due rari tipi di mesone B, particelle sub atomiche che potrebbero aiutare a testare i limiti del cosiddetto modello standard.

Filippo Bonaventura


A pochi giorni dalla sua riapertura, LHC torna a far parlare di sé. E lo fa con una scoperta più importante di quello che potrebbe sembrare di primo acchito.

L’analisi congiunta di CMS e LHCb, due dei quattro rivelatori del grande acceleratore di particelle europeo, ha evidenziato un fenomeno molto raro: il decadimento di un mesone Bs in una coppia muone-antimuone.

Il risultato, ottenuto con una significatività statistica notevole (ben 6σ) dall’analisi di collisioni avvenute nel 2011 e nel 2012, è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature.

Il modello standard trionfa ancora (purtroppo)

I mesoni sono particelle composte da una coppia quark-antiquark. La particella Bs, in particolare, è formata da un quark strange e un antiquark beauty. Se prendessimo un miliardo di queste particelle, quelle che osserveremmo decadere in una coppia muone-antimuone (che sono invece particelle elementari) sarebbero appena quattro. Gli altri Bs, generalmente, decadono in singoli muoni.

Non è la rarità del fenomeno, tuttavia, a rendere interessante questa notizia: l’evento infatti era già stato osservato sia da CMS sia da LHCb, anche se con una significatività statistica inferiore, non sufficiente a garantirne la certezza. A destare interesse, come accade da un po’ di tempo a questa parte, è il confronto tra i dati sperimentali e le predizioni del Modello Standard (la teoria che descrive le interazioni tra le particelle elementari) e la sua estensione più famosa e sfuggente, ovvero la supersimmetria. «Il risultato ottenuto è molto importante, e conferma ancora una volta le predizioni del Modello Standard» dichiara Fabrizio Palla, responsabile del gruppo italiano coinvolto nello studio. In effetti, i risultati mostrano in maniera inequivocabile che il tasso di decadimento dei mesoni Bs in coppie muone-antimuone è esattamente quanto previsto dal Modello Standard: quattro su un miliardo. E questa è una notizia meno buona di quanto potrebbe sembrare. Se da un lato i fisici sono contenti di ottenere risultati che confermino le loro teorie, rendendole quindi più solide, d’altra parte hanno anche bisogno di osservare delle anomalie per avere indicazioni sulla direzione da percorrere in modo da raffinare ed estendere tali teorie.

Il Modello Standard è una teoria di enorme successo nell’ambito della fisica quantistica, con una serie impressionante di accuratissime conferme teoriche. Ma al contempo è una teoria parziale (non contempla la gravità, per esempio) e con alcuni problemi intrinseci (l’alto numero di parametri liberi, ovvero non deducibili dalla teoria stessa). Insomma, una qualche fisica oltre il Modello Standard deve per forza esserci.

Uno degli scopi scientifici di LHC è proprio questo: scoprire delle violazioni al Modello Standard per compiere finalmente il primo passo in questa “nuova fisica”. Niente di tutto questo, però, è ancora avvenuto. Anzi, più lo si mette alla prova, più il Modello Standard si dimostra valido. Questo fatto comincia a rappresentare una sorta di impasse sempre più scomodo e frustrante per la fisica contemporanea.

Tempi sempre più duri per la supersimmetria

La supersimmetria, d’altro canto, è un’estensione del Modello Standard molto promettente (perché potrebbe risolvere svariati problemi della teoria) e molto desiderata da certe categorie di fisici (è una conditio sine qua non della teoria delle stringhe, per esempio). Nella sostanza, essa propone che per ogni particella elementare ne esista un’altra, chiamata “partner supersimmetrico”, che gode di determinate caratteristiche. Finora, però, nessuna particella supersimmetrica è stata individuata. Stando alle equazioni della supersimmetria, il tasso di decadimento dei mesoni Bs sarebbe dovuto essere più alto di quello previsto dal Modello Standard. Più alto, quindi, di quello effettivamente misurato a partire dai dati congiunti di CMS e LHCb.

Proprio con riferimento alla supersimmetria, il ricercatore del CERN Flavio Archilli afferma: «Questa accurata combinazione delle misure dei due esperimenti permette di escludere un ampio numero di nuove teorie fisiche che prevedevano un valore superiore a quello del Modello Standard».

Secondo molti, LHC avrebbe già dovuto trovarla, eppure non si è ancora vista. Va detto tuttavia che nessun risultato ottenuto finora dal Large Hadron Collider smentisce la teoria supersimmetrica: semplicemente, ne sposta sempre più in là i limiti. Le misure sul decadimento dei mesoni Bs, in particolare, indicano che i partner supersimmetrici, se esistono, devono avere masse più elevate di quanto si pensasse finora.