La massa di questa particella può violare le regole fisiche conosciute

SCIENZA – Questa potrebbe essere una grande scoperta fisica, che cambia tutte le leggi finora conosciute. I fisici hanno scoperto che una delle 17 particelle elementari conosciute dalla fisica, la particella W, è dello 0,1% più pesante del previsto. Citato nella rivista Scienza il 7 aprile arriva questa nuova misurazione dall’acceleratore di particelle del Fermilab Laboratory negli Stati Uniti (o CDF), specializzato nella fisica delle particelle ad alta energia.

Se questa differenza di massa sembra piccola, tuttavia, potrebbe prefigurare una rivoluzione nella fisica fondamentale. “Sarebbe un cambiamento completo nel modo in cui vediamo il mondo”, forse importante quanto la scoperta del bosone di Higgs nel 2012, dice per Rivista Quanti, Sven Heinemeyer, fisico dell’Istituto di Fisica Teorica di Madrid. In effetti, comporterebbe la prima grande riscrittura delle leggi della fisica quantistica in mezzo secolo.

Cambia modello

In particolare, se la massa di questa particella è effettivamente più pesante di quanto stimato in precedenza, cambia tutte le leggi fisiche. Immagina un gioco di Tetris. Ogni particella forma un pezzo e forma un tutto perfetto. Solo, se una delle parti diventa più grande, il tutto non funziona più. È quindi necessario riordinare il tutto, modificando la forma delle parti, o addirittura aggiungendone di nuove per trovare l’esatto equilibrio.

In questo modo, se la particella W ha una massa leggermente più pesante, significa che le attuali leggi della fisica non sono più buone e che occorre trovare un nuovo modello che spieghi il funzionamento dell’universo, dalle stelle agli oggetti di uso quotidiano .

In effetti, tutto ciò che ci circonda è costituito da particelle subatomiche di materia. Si dividono in due famiglie: quark (come neutroni e protoni, elementi che formano il nucleo degli atomi) e leptoni (come elettroni). In totale, oggi sono elencate 12 particelle elementari, che formano la categoria dei fermioni.

Queste particelle di materia interagiscono tra loro. Ciò richiede un diverso tipo di particella per intervenire: le particelle di interazione. Sono chiamati bosoni e sono in numero di quattro, escluso il bosone di Higgs (o particella divina). Sono le particelle di interazione che sono in gioco in tre delle forze fondamentali.

In tutto, ci sono quattro forze che definiscono il Modello Standard della fisica fondamentale: la forza forte, la forza debole, la forza elettromagnetica e la gravità. Se i primi tre interagiscono tra loro, la gravità è (per ora) un caso speciale.

Sebbene sia la forza con cui abbiamo più familiarità, i fisici hanno lottato per trovare un posto per essa nel Modello Standard, sebbene la particella che trasporta la gravità (in teoria il “gravitone”) non sia stata ancora osservata. Per questo non è presente nella tabella seguente:

La particella che interessa qui ai fisici è chiamata bosone W, una delle fonti della forza debole. Per calcolare la massa, i fisici si sono basati sull’analisi di circa 4 milioni di bosoni W prodotti nel Tevatron (nome dell’acceleratore di particelle CDF) tra il 2002 e il 2011.

Questa scoperta arriva in un momento in cui la comunità dei fisici è affamata di difetti nel Modello Standard della fisica delle particelle. In effetti, il Modello Standard è noto per essere incompleto, lasciando irrisolti diversi grandi misteri, come la natura della materia oscura.

“È un lavoro monumentale”, ha detto Frank Wilczek, un fisico vincitore del Premio Nobel al Massachusetts Institute of Technology. “Nel complesso, sento che ci stiamo avvicinando al punto in cui qualcosa si romperà”, ha detto El-Khadra. “Ci stiamo avvicinando al momento in cui possiamo davvero guardare oltre il modello standard”.

Si consiglia cautela

Tuttavia, nessuno sta ancora stappando lo champagne. Mentre la nuova misurazione della massa W presa isolatamente è drammaticamente diversa dalla previsione del modello standard, altri esperimenti con il bosone W hanno prodotto risultati meno spettacolari.

Ad esempio, nel 2017, l’esperimento ATLAS al Large Hadron Collider in Europa (un acceleratore di particelle con una circonferenza di 27 km, il più grande e potente del mondo) ha misurato la massa della particella W e ha scoperto che era solo leggermente più pesante di quello che dice il modello standard.

È importante capire la differenza di misurazione tra i due laboratori. Infatti, come afferma Guillaume Unal, fisico del CERN (il laboratorio in cui si trova il Large Hadron Collider), “il bosone W deve essere lo stesso su entrambe le sponde dell’Atlantico”.

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