Questa minuscola particella potrebbe capovolgere ciò che pensiamo di sapere sull’universo

VICTOR de SCHWANBERG / BIBLIOTECA FOTOGRAFICA DI SCIENZAGetty Images

  • Una nuova ricerca mostra che il bosone W, una minuscola particella fondamentale per la formazione del nostro universo, è più pesante di quanto gli scienziati si aspettassero.
  • Questa scoperta va contro il modello standard della fisica delle particelle, la struttura che gli scienziati usano per dare un senso a tutta la materia osservabile.
  • Il team di 400 persone ha setacciato attentamente 10 anni di dati provenienti da oltre quattro milioni di collisioni in un acceleratore di particelle del Fermilab.

    Il bosone W, una delle particelle più piccole ed elementari dell’universo conosciuto, sta causando un grande putiferio nel campo della fisica delle particelle.

    Nuove scoperte sulla particella, che è fondamentale per la formazione dell’universo, suggeriscono che la sua massa potrebbe essere molto più pesante di quanto previsto dal Modello Standard della fisica delle particelle, il “regolamento” teorico che ci aiuta a dare un senso ai mattoni della materia. Se fosse vero, potrebbe segnalare un cambiamento monumentale nella nostra comprensione dell’universo.

    LoveYou ami la scienza. Anche noi. Diamoci dentro insieme.

    Secondo il Modello Standard, i bosoni W (insieme ad un’altra particella, chiamata bosoni Z) sono responsabili della forza nucleare debole, una delle quattro forze che tengono insieme tutta la materia osservabile nell’universo. Le altre forze includono la forza gravitazionale (per la quale attualmente non vi è alcuna spiegazione nel Modello Standard), la forza elettromagnetica e la forza nucleare forte.

    Le forze gravitazionali ed elettromagnetiche funzionano su larga scala. Pensa: la presa del sole su pianeti lontani, o il viaggio che la luce di stelle lontane compie attraverso l’universo. Le forze nucleari deboli e forti, tuttavia, interagiscono con gli oggetti più piccoli del nostro universo e si verificano solo all’interno dei nuclei degli atomi. (Per coincidenza, queste sono le forze responsabili della generazione di radioattività.)

    La debole forza nucleare è particolarmente importante. È responsabile, tra le altre cose, del processo attraverso il quale il sole forma l’elio dall’idrogeno ed è fondamentale per la formazione del nostro universo. “Se non fosse per questa forza, nessuno degli elementi pesanti oltre l’idrogeno si formerebbe”, dice Ashutosh Kotwal, fisico della Duke University e uno dei leader dell’esperimento Meccanica popolare. “È fondamentale per la nostra esistenza”.

    Gli scienziati hanno previsto per la prima volta il bosone W negli anni ’60, ma è stato solo nel 1983 che un team di ricercatori del CERN (il Consiglio europeo per la ricerca nucleare) ne ha condotto l’esistenza. (Entrambe le squadre hanno vinto il premio Nobel per il loro lavoro sulla particella.) Da allora, le équipe di ricerca hanno cercato di identificare con precisione la massa del bosone W, una misura critica che funge da parametro chiave per il resto della struttura del modello standard.

    fermilab, fisica delle particelle

    L’acceleratore di particelle Tevatron ora chiuso al Fermilab a Batavia, Illinois.

    Fermilab

    Un team internazionale di oltre 400 ricercatori – noto collettivamente come Collider Detector presso la Fermilab Collaboration – ha lavorato insieme per analizzare quasi dieci anni di dati raccolti dall’ormai defunto acceleratore di particelle Tevatron del Fermilab a Batavia, Illinois. E hanno trovato qualcosa di peculiare: la misurazione della massa del bosone W che riportano nel loro nuovo articolo, pubblicato oggi sulla rivista Scienza, è di circa lo 0,1% più pesante rispetto alle stime precedenti.

    I ricercatori sono stati in grado di misurare la massa del bosone W distruggendo fasci di protoni e antiprotoni insieme nel vuoto. Queste collisioni generano una serie di particelle diverse, ma raramente producono un bosone W. “Non siamo in grado di misurare direttamente il bosone W, in un certo senso, perché decade incredibilmente velocemente, in qualcosa come un trilionesimo di trilionesimo di secondo”, spiega Kotwal.

    “È straordinario quanto sia resistente la natura a rivelare i suoi segreti… È un inseguimento meraviglioso, ma è assolutamente esasperante”.

    Quindi, il team deve analizzare i resti del bosone W, le particelle che lascia dietro di sé. Ma solo alcune combinazioni di particelle residue possono fornire agli scienziati i dati di cui hanno bisogno. In particolare, Kotwal e i suoi colleghi hanno cercato collisioni che producessero due coppie specifiche di particelle: un muone e un neutrino, oppure un elettrone e un neutrino. (Puoi sapere che i muoni sono i cugini subatomici molto, molto più pesanti degli elettroni. I neutrini, affettuosamente conosciuti come particelle fantasma, sono elettricamente neutri e hanno una massa incredibilmente piccola. Un elettrone è, beh, un elettrone.) Misurando la posizione e l’energia di queste coppie di particelle, il team è stato in grado di determinare la massa del bosone W decaduto.

    È un compito incredibilmente difficile, però. Delle circa 450 trilioni di collisioni osservate dal team tra il 2002 e il 2011, solo circa quattro milioni di collisioni hanno generato dati di alta qualità sufficienti sul bosone W.

    Da questi dati, stimano che la nuova misurazione della massa del bosone W sia 80.433,5 ± 9,4 MeV / c2 – un grido lontano (nel regno della meccanica quantistica, cioè) da misurazioni precedenti e da ciò che suggerisce il modello standard dovrebbe essere. È la misurazione più precisa mai registrata, riporta il team, circa due volte più precisa dei calcoli precedenti. David Toback, fisico della Texas A&M University e co-portavoce del team di 400 persone, lo paragona alla misurazione precisa del peso di un gorilla di 800 libbre entro un’oncia.

    Ora, spetta alla comunità scientifica capire esattamente cosa significano questi risultati. Potrebbe significare, ad esempio, che ci sono particelle precedentemente sconosciute in attesa di essere scoperte, o interazioni fisiche del tutto nuove per la scienza. “È straordinario quanto sia resistente la natura a rivelare i suoi segreti”, dice Toback Meccanica popolare. “È un inseguimento meraviglioso, ma è assolutamente esasperante”.

    Il prossimo passo, ovviamente, sarà quello di eseguire ancora più esperimenti e ottenere la conferma di questa misurazione da una fonte indipendente. Toback spera che gli esperimenti CMS e ATLAS al Large Hadron Collider del CERNS a Ginevra, in Svizzera, ciascuno dei quali si basa sulla partecipazione di migliaia di scienziati, forniranno ancora più dati nel prossimo futuro e, se siamo fortunati, alcuni nuova intuizione.

    Questo contenuto è creato e gestito da una terza parte e importato in questa pagina per aiutare gli utenti a fornire i propri indirizzi e-mail. Potresti essere in grado di trovare maggiori informazioni su questo e contenuti simili su piano.io

.

Leave a Comment