La particella chiave pesa sui fisici un po’ pesanti e confonde

Questa foto non datata fornita dal Fermi National Accelerator Laboratory nell’aprile 2022 mostra il rilevatore di collisioni della struttura fuori Batavia, Ill. Nei risultati pubblicati giovedì 7 aprile 2022, gli scienziati del laboratorio hanno calcolato che il bosone W, una particella fondamentale della fisica, pesa un po’ più di quanto il loro regolamento teorico per l’universo dice loro che dovrebbe. Credito: Fermilab tramite AP

La grande spiegazione che i fisici usano per descrivere come funziona l’universo potrebbe avere alcuni nuovi importanti difetti da correggere dopo che è stato scoperto che una particella fondamentale ha più massa di quanto pensassero gli scienziati.

“Non è solo qualcosa che non va”, ha detto Dave Toback, fisico delle particelle presso la Texas A&M University e portavoce del Fermi National Accelerator Lab del governo degli Stati Uniti, che ha condotto gli esperimenti. Se replicato da altri laboratori, “significa letteralmente che qualcosa di fondamentale nella nostra comprensione della natura è sbagliato”.

I fisici del laboratorio hanno fatto schiantare le particelle insieme in dieci anni e hanno misurato la massa di 4 milioni di bosoni W. Queste particelle subatomiche sono responsabili di una forza fondamentale al centro degli atomi ed esistono solo per una frazione di secondo prima di decadere in altre particelle.

“Stanno continuamente spuntando dentro e fuori dall’esistenza nella schiuma quantistica dell’universo”, ha detto Toback.

La differenza di massa rispetto a ciò che la teoria prevalente dell’universo prevede è troppo grande per essere un errore di arrotondamento o qualcosa che potrebbe essere facilmente spiegato, secondo lo studio di un team di 400 scienziati di tutto il mondo pubblicato giovedì sulla rivista Science .

Il risultato è così straordinario che deve essere confermato da un altro esperimento, dicono gli scienziati. Se confermato, presenterebbe uno dei maggiori problemi finora con il regolamento dettagliato degli scienziati per il cosmo, chiamato modello standard.

Il fisico della Duke University Ashutosh V. Kotwal, il leader del progetto per l’analisi, ha detto che è come scoprire che c’è una stanza nascosta in casa tua.

Gli scienziati hanno ipotizzato che potrebbe esserci una particella sconosciuta che sta interagendo con il bosone W che potrebbe spiegare la differenza. Forse la materia oscura, un’altra componente poco conosciuta dell’universo, potrebbe avere un ruolo. O forse c’è solo una nuova fisica coinvolta che al momento non capiscono, hanno detto i ricercatori.

Il modello standard dice che un bosone W dovrebbe misurare 80.357.000 elettronvolt, più o meno sei.

“L’abbiamo trovato leggermente di più. Non molto, ma è abbastanza”, ha affermato Giorgio Chiarelli, un altro scienziato del team di Fermi e direttore della ricerca dell’Istituto nazionale di fisica nucleare. La scala del team di Fermi ha messo il bosone W a 80.433.000 elettronvolt più pesanti, più o meno nove.

Non sembra una grande differenza, ma è enorme nel mondo subatomico.

Ma sia il team che gli esperti non sono coinvolti nella ricerca, hanno affermato che un’affermazione così grande richiede prove extra da un secondo team, che non hanno ancora.

“È una misurazione incredibilmente delicata, richiede la comprensione di varie calibrazioni di vari piccoli effetti”, ha affermato Claudio Campagnari, fisico delle particelle presso l’Università della California a Santa Barbara, che non faceva parte del team di Fermi. “Questi ragazzi sono davvero bravi. E li prendo molto sul serio. Ma penso che alla fine della giornata ciò di cui abbiamo bisogno sia una conferma da un altro esperimento”.

In precedenza, misurazioni meno precise del bosone W da parte di altri team hanno scoperto che era più leggero del previsto, quindi “forse c’è solo qualcosa di strano in questo esperimento”, ha detto il fisico del Caltech Sean M. Carroll, che non faceva parte della ricerca e ha detto che “vale assolutamente la pena prenderlo molto sul serio”.

La scoperta è importante a causa del suo potenziale effetto sul modello standard della fisica.

“La natura ha fatti”, ha detto Kotwal di Duke. “Il modello è il modo in cui comprendiamo quei fatti”.

Gli scienziati sanno da tempo che il modello standard non è perfetto. Non spiega bene la materia oscura o la gravità. Se gli scienziati devono entrare e armeggiare con esso per spiegare questi risultati, devono assicurarsi che non elimini equazioni matematiche che ora spiegano e predicono bene altre particelle e forze, hanno detto i ricercatori.

È un problema ricorrente con il modello. Un anno fa un altro team ha riscontrato un altro problema con il modello standard e come reagiscono i muoni.

“La meccanica quantistica è davvero bella e strana”, ha detto Toback. “Chiunque non sia stato profondamente turbato dalla meccanica quantistica non l’ha capito.”


La misurazione più precisa in assoluto della massa del bosone W suggerisce che il modello standard necessita di miglioramenti


Maggiori informazioni:
AV Kotwal, Misurazione ad alta precisione della massa del bosone W con il rivelatore CDF II, scienza (2022). DOI: 10.1126/science.abk1781. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

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Citazione: La particella chiave pesa un po’ pesantemente, confondendo i fisici (2022, 10 aprile) recuperata l’11 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-key-particle-bit-heavy-confounding.html

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