Alla ricerca di una “nuova fisica” | Il contributo di Unife all'esperimento NA62 del CERN

Una scoperta che potrebbe ampliare la nostra comprensione delle leggi fondamentali della natura: l’esperimento NA62 del CERN, con un importante contributo dell’Università di Ferrara, ha osservato un evento rarissimo che fino ad ora era stato solo previsto dalla teoria. Questo risultato potrebbe aprire le porte a una “nuova fisica”, andando oltre il Modello Standard, ovvero la teoria che descrive le particelle elementari che costituiscono l’universo e le forze che le regolano.

Lo scorso 24 settembre, gli scienziati del CERN hanno presentato la rilevazione di un evento estremamente raro: il “decadimento” di una particella, nota come "kaone" carico, in un pione carico e due neutrini. In fisica delle particelle, il decadimento rappresenta un processo fondamentale durante il quale una particella si trasforma in una o più particelle diverse. Le particelle create nel processo devono essere ciascuna meno massiva della particella originale. In altre parole, la particella iniziale si scinde in componenti più semplici, rivelando informazioni cruciali sulle forze che regolano il comportamento della materia a livello subatomico.

Discrepanza rispetto al Modello Standard

L'esperimento NA62 ha osservato questo fenomeno con un altissimo livello di precisione statistica: la possibilità che gli eventi osservati siano solo il risultato di una casuale fluttuazione nei dati, e non rappresentino una vera scoperta, è inferiore a una su un milione.

Questo specifico tipo di decadimento è estremamente raro secondo le previsioni del Modello Standard (meno di un kaone carico su 10 miliardi decade in questo modo) ma i risultati dell’esperimento, anche se in gran parte in linea con le previsioni, evidenziano una discrepanza significativa: il numero di eventi registrati è superiore del 50% rispetto a quanto atteso. Questa discrepanza tra misura e teoria potrebbe essere causata da particelle ancora sconosciute, che aumentano la probabilità di questo processo fisico.

Come si producono e si misurano i kaoni al CERN

L'esperimento NA62 è stato progettato specificamente per misurare un decadimento particolarmente raro. I kaoni, particelle instabili, vengono prodotti quando un fascio di protoni ad alta intensità del Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN collide con un bersaglio fisso. Questo processo genera quasi un miliardo di particelle al secondo, delle quali circa il 6% sono kaoni carichi. NA62 è in grado di rilevare con precisione i prodotti del decadimento dei kaoni, identificando e misurando tutte le particelle generate, tranne i neutrini, che si manifestano come energia mancante. Il successo della misura dipende dalla capacità di riconoscere correttamente il decadimento in questione, assicurando che non si confonda con uno degli innumerevoli eventi che potrebbero simulare il segnale.

Attese future per la validazione della "nuova fisica"

È però necessario raccogliere ulteriori dati per convalidare questa ipotesi. Attualmente, la fase di raccolta dati è ancora in corso e solo nei prossimi anni sarà possibile ottenere informazioni sufficienti per confermare o smentire se il decadimento osservato sia influenzato da fenomeni riconducibili alla cosiddetta "nuova fisica". Se tali fenomeni dovessero essere confermati, l’esperimento avrà anche la capacità di stabilire limiti definiti sulla loro portata, offrendo così indicazioni fondamentali per lo sviluppo di teorie innovative oltre il Modello Standard.

Unife nel team internazionale

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.

Materiali utili

• Comunicato stampa CERN