MODELLO STANDARD: ... FORSE NON TROPPO

In un recentissimo lavoro presentato dal gruppo di ricercatori del CDF (Collider Detector at Fermilab) in forma di preprint, è stato messo in evidenza all'acceleratore Tevatron di Chicago un fenomeno del tutto inatteso e al momento ancora incomprensibile. Si tratta di un eccesso di muoni con un parametro di impatto esagerato rispetto a quello previsto.

L'articolo specialistico, inviato per la pubblicazione alla prestigiosa rivista Physics Review D specializzata nell'ambito della fisica delle particelle elementari ma non ancora pubblicato, è visualizzabile in forma PDF .

Il problema non di facile soluzione, grossomodo può essere sintetizzato in questi termini: il modello standard prevede che tutta la materia possa essere spiegata dall'esistenza di sei quark: up (u) - down (d) - charm (c) - strange (s) - top (t) - bottom (b) e da sei leptoni: elettrone, muone e tau ciascuno con il rispettivo neutrino. Inoltre per ciascuna particella c'è una corrispondente antiparticella (formalmente indicata con una barra sopra la lettera corrispondente e per questo in letteratura specialistica inglese è seguita dalla termine "bar": es. antiprotone = pbar).

Il tutto interagisce per mezzo delle particelle mediatrici di forza. La bontà del modello standard risiederebbe nel fatto che sino ad ora ha predetto l'esistenza dei bosoni W e Z, del gluone, dei quark top e charm. Inoltre le caratteristiche teoriche di tali particelle sono all'incirca quelle trovate in natura. Le teorie che descrivono il modello standard non sono però in grado di prevedere dei mediatori delle forze (i bosoni vettori) dotati di massa, ciò contraddice quanto viene osservato sperimentalmente. D'altra parte, bosoni con massa rendono la teoria incoerente dal punto di vista matematico.

Per descrivere correttamente tali particelle si introduce allora un meccanismo di rottura spontanea della simmetria matematica del modello: il sottogruppo U(2)×U(1) si rompe con la conseguenza della comparsa di un ulteriore bosone massivo, detto bosone di Higgs. Il meccanismo di Higgs, del quale potremmo in seguito approfondire, è in grado di spiegare la massa di tutti fermioni (cioè delle particelle del modello e non dei bosoni massivi) ma non è in grado di prevederla quantitativamente, inoltre snatura la teoria originale.

Ora, tutto si potevano aspettare i seguaci del modello standard, tranne il fatto che un modello apparentemente così perfetto non prevedesse l'esistenza di una nuova particella. Si perché di questo si potrebbe trattare. Come abbiamo già accennato l'eccesso di muoni osservato si riferisce a particelle con un parametro d'impatto fuori dal comune. Essendo i muoni delle particelle secondarie, ovvero prodotte dal decadimento di particelle primarie direttamente ottenute durante la collisione p-pbar, queste vengono prodotte tanto più lontano dal vertice dell'interazione quanto più la particella primaria prodotta a tempo di allontanarsi dal vertice, quindi tanto più la particella primaria vive.

Andando a considerare gli effetti relativistici sulla vita delle particelle fantasma (ghost è appunto il nome provvisorio di questo evento), ovvero sul tempo che intercorre tra la loro produzione e il loro decadimento in muoni, sembra che la vita media sia compatibile con un tempo dell'ordine di 20 picosecondi (2 x 10 ^-11 s), sufficiente perché queste si allontanino di ben un centimetro dalla zona dell'urto prima di decadere.

Il problema è: dato che il modello standard non prevede questo comportamento, sicuramente ci si trova di fronte a qualcosa che va oltre il modello, quindi a della nuova fisica, a una nuova particella "extra-standard" che farebbe crollare se non tutto gran parte del modello standard. Staremo a vedere cosa succederà nei prossimi giorni e mesi, soprattutto quando entrerà in operatività il l'HLC ad energie dieci volte superiori.

Per il momento possiamo ascoltare l'intervista di Caccia al Fotone a Tommaso Dorigo ricercatore presso l'università di Padova e al CDF e dare una occhiata in diretta agli eventi del Tevatron.
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