Fisica delle particelle | Lo studio Unife per sciogliere il nodo dell’antimateria nell’Universo

Una delle questioni irrisolte della Fisica moderna riguarda la dominanza della materia sull’antimateria nell’Universo. Le leggi della Fisica che conosciamo ci dicono infatti che materia ed antimateria sono state generate in quantità uguali all'atto del Big-Bang ma, allo stato attuale, non sono ancora in grado di spiegare perché la materia - costituita da neutroni, protoni, elettroni e altre particelle subatomiche - abbia successivamente prevalso sull’antimateria, a sua volta formata da antiparticelle “simmetriche”, cioè che hanno la stessa massa delle prime, ma carica elettrica di segno opposto.

Per contribuire a sciogliere l’intrigante rebus, il gruppo di ricercatrici e ricercatori Unife coordinato da Paolo Lenisa, professore di Fisica Nucleare del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra, sta lavorando al progetto “srEDM - Search for electric dipole moments using storage rings”, finanziato dall’Unione Europea con il programma d'eccellenza dell'European Research Council (ERC). 

“Il nostro lavoro rientra nell’ambito della Fisica oltre il Modello Standard. Quest’ultimo, infatti, rappresenta la teoria fino ad ora utilizzata dai fisici per spiegare la materia e tre delle quattro forze fondamentali dell’Universo, ma presenta diversi aspetti di incompletezza. Ad esempio, appunto, non è sufficiente per spiegare il rapporto tra materia e antimateria” spiega il professore.

Nello specifico, il progetto Unife si concentra sullo studio del momento di dipolo elettrico (EDM) delle particelle fondamentali. 

“Il momento del dipolo elettrico è una minuscola asimmetria di carica nella direzione dello spin della particella, che, forzando un'analogia classica, può essere identificato come il suo asse di rotazione intrinseco" approfondisce Lenisa, e continua: “L'interesse è legato al fatto che la sua rivelazione violerebbe due simmetrie fondamentali della natura, quella di parità e di inversione temporale. E tale violazione potrebbe spiegare l’evidente dominanza della materia sull’antimateria nell’Universo”.

Gli esperimenti del progetto srEDM sono condotti nei laboratori del centro di ricerca tedesco Forschungszentrum Jülich, nei pressi di Aquisgrana, dove il gruppo di ricerca di Unife ha accesso a uno strumento unico nel suo genere, mai utilizzato prima per questo tipo di esperimenti:

“La metodologia che stiamo utilizzando ci consente di prevedere, in prospettiva, l'effettuazione di misure di precisione su particelle elementari, e quindi di misurare il momento di dipolo elettrico, con una sensibilità superiore alle altre tecnologie attualmente disponibili” racconta Lenisa. 

Lo strumento si basa sull’utilizzo di fasci polarizzati in un anello di accumulazione:

“In un fascio polarizzato gli spin delle particelle sono tutti orientati nello stesso verso, che si trova inizialmente nel piano orizzontale. In presenza di un momento di dipolo elettrico (EDM) diverso da zero, lo spin delle particelle ruota dal piano orizzontale a quello verticale. La misura consiste nel rilevare questa minuscola precessione dello spin (1/1000 di grado al giorno)” spiega il professore.

Recentemente apparso anche su Platinum, il magazine divulgativo del Sole 24 Ore dedicato al mondo dell’innovazione italiana, il lavoro possiede un elevato potenziale di scoperta: 

“Fino ad oggi tutte le misure di momento di dipolo elettrico hanno dato risultato nullo. Se riuscissimo a individuare un valore diverso da zero, avremmo una prova inconfutabile di Fisica oltre il Modello Standard” sottolinea Paolo Lenisa.

“Sull’anello di accumulazione del FZ-Juelich in Germania stiamo completando la prima misura del momento di dipolo elettrico del deutone. Si tratterà di un limite superiore, ma rappresenterà una milestone per il settore, perché costituirà la validazione sperimentale del metodo. Il passo successivo consisterà nella progettazione e realizzazione di un anello di accumulazione di nuova generazione esplicitamente ideato per misure di precisione” conclude il professore.

Il professor Paolo Lenisa di Unife

Per saperne di più

• Perché non c’è il nulla? Lo studio ripreso sul magazine Platinum del sole 24ore
•  sito web del progetto

A cura di AGNESE ERIKA GORRONI, studentessa del Master in Giornalismo e Comunicazione Istituzionale della Scienza dell'Università di Ferrara