Non è mai stata così alta, la probabilità di scoprire aspetti della materia finora ignoti e non previsti dalla teoria di riferimento della fisica contemporanea, il Modello Standard. Ad accendere l'entusiasmo sono i nuovi dati sul comportamento magnetico dei muoni, le particelle elementari cugine degli elettroni e che in natura vengono generate quando i raggi cosmici interagiscono con l'atmosfera terrestre. Le stesse particelle, prodotte in grandi quantità dal 2017 nell'esperimento condotto al Fermilab, forniscono i dati più precisi di sempre che indicano una discrepanza con il Modello Standard. A raccoglierli è la collaborazione internazionale Muon g-2, che comprende 182 ricercatori di 33 centri di 7 Paesi e alla quale l'Italia collabora con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. I nuovi dati, presentati nella sede del Fermilab a Batavia (Chicago) e sottomessi per la pubblicazione alla rivista Physical Review Letters, confermano la stessa discrepanza osservata nel 2021, ma con il doppio della precisione.
"Stiamo davvero sondando un nuovo territorio", ha detto Graziano Venanzoni, co-coordinatore internazionale con Peter Winter della collaborazione internazionale Muon g-2, che lavora fra Università di Liverpool e Infn.
L'entusiasmo è grande, tanto che qualcuno parla già della scoperta della quinta forza della natura, ma per i fisici è una conclusione prematura. "Nel 2020 è stata fatta una previsione teorica sulla quinta forza", ha da allora sono state elaborate nuove teorie ed "è aumentata l'incertezza da parte della teoria relativa alla quinta forza e, di conseguenza, non possibile fare questa affermazione conclusiva", ha osservato Marco Incagli, responsabile nazionale per l'Infn dell'esperimento Muon g-2. "Di conseguenza - ha aggiunto - dobbiamo aspettare che i diversi approcci teorici convergano".
E' invece assolutamente positivo il commento sui nuovi dati presentati a Batavia: "abbiamo ottenuto un ottimo risultato sperimentale", ha detto Incagli.
Particelle elementari mai viste e leggi finora sconosciute potrebbero essere nascoste in un'anomalia osservata nelle proprietà magnetiche dei muoni, simili all'elettrone ma con una massa circa 200 volte maggiore. Come gli elettroni, i muoni hanno un magnete interno che, in presenza di un campo magnetico, oscilla come l'asse di una trottola con una velocità variabile, il cui valore è indicato con 'g' e che per il Modello Standard è leggermente diverso da 2.
I risultati dell'esperimento Muon g-2 (dove 'g-2' indica la differenza fra il valore di g previsto dalla teoria e le nuove misure) indicano un valore significativamente diverso da quello previsto dal Modello Standard. La differenza, secondo i fisici, può essere attribuita alle interazioni del muone con le particelle che lo circondano e che fluttuano continuamente tra lo stato di esistenza e quello di non esistenza: insieme costituiscono una sorta di 'schiuma quantistica' che modifica il modo in cui il muone interagisce con il campo magnetico. Il Modello Standard prevede quali siano queste particelle e le interazioni che determinano, ma la discrepanza con i nuovi dati sperimentali potrebbe essere la spia dell'esistenza di nuove particelle, non previste dalla teoria.
I nuovi dati dell'esperimento Muon g-2, avviato nel 2017, costituiscono il terzo segnale attendibile a favore della nuova fisica. Prima dei dati raccolti nel 2021 da questo stesso esperimento, andavano nella stessa direzione i risultati dell'esperimento condotto circa 20 anni fa da un altro acceleratore di particelle americano, quello del Brookhaven National Laboratory, vicino New York. Rispetto a quest'ultimo è stata raccolta una quantità di dati oltre 21 volte maggiore e adesso dovranno essere analizzati tutti i dati raccolti nei sei anni dell'esperimento Muon g-2, in un lavoro che richiederà i prossimi due anni.
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