PERCHÉ esistiamo e siamo fatti di materia e perché l’antimateria è sparita subito dopo il Big Bang? Un team internazionale di scienziati si chiede se nella lotta che ha condotto alla vittoria della materia sull’antimateria (in particolare nel fenomeno fisico chiamato ‘violazione della simmetria CP’) possa aver preso parte anche il bosone di Higgs, la cosiddetta ‘particella di Dio’, scoperta circa due anni e mezzo fa al CERN di Ginevra. In uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review D e disponibile su ArXiv, infatti, gli scienziati hanno sviluppato un metodo sperimentale per capire se anche il bosone abbia ‘giocato’ in questa partita e, mediante tale metodo, si propongono di definire quale parte ha avuto nella vittoria schiacciante della materia sull’antimateria, senza la quale l’universo nella sua composizione attuale e anche noi forse non saremmo qui.
A dare notizia è lo SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory: Mattew J. Dolan dello SLAC, insieme a Philip Harris, del CERN a Ginevra, a Martin Jankowiak, dell’Università di Heidelberg in Germania, e a Michael Spannowsky, dell’Università di Durham nel Regno Unito, hanno condotto lo studio che svilupperanno nei prossimi mesi. Lo SLAC, in particolare, è un laboratorio californiano costituito da un acceleratore lineare lungo 3 chilometri nel quale circolano elettroni e positroni (il positrone è l’antiparticella dell’elettrone) ad alcuni metri di profondità sotto il suolo.
Il mistero dell’antimateria. Il perché nell’universo ci sia più materia che antimateria rappresenta un mistero che da diversi anni confonde fisici e cosmologi e la cui risoluzione potrebbe dare luce ad aspetti molto importanti legati alla nostra esistenza. L’antimateria, inoltre, affascina sia il mondo scientifico che quello letterario: non bisogna dimenticare la sua presenza, ad esempio, all’interno del romanzo thriller Angeli e Demoni, di Dan Brown, uscito in Italia nel 2004, in parte ambientato al CERN di Ginevra, e dell’omonimo film (regia di Ron Howard, USA-Italia 2009). La materia costituisce la stragrande maggioranza di ciò che compone l’universo, mentre l’antimateria è quasi del tutto assente, tranne poche eccezioni astronomiche, e la sua esistenza è stata osservata mediante riproduzioni sperimentali in laboratorio. Nonostante questo forte sbilanciamento, l’antimateria assume caratteristiche molto simili a quelle della materia ordinaria: le sue antiparticelle sono come ‘gemelle’ delle particelle di materia, dalle quali differiscono soltanto per la carica elettrica, che risulta di segno opposto (ad una particella con carica negativa corrisponde un’antiparticella con carica positiva).
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Tornando alle origini, al momento del Big Bang ci doveva essere una sostanziale parità tra materia e antimateria. Un po’ come davanti ad uno specchio, le particelle di materia si riflettevano in quelle di antimateria e l’equilibrio doveva essere intatto. Inoltre, quando particelle e antiparticelle si incontravano, secondo la fisica doveva avvenire un altro fenomeno, chiamato annichilazione: esso comporta che nello scontro le particelle e le antiparticelle si annullino a vicenda e si trasformino in altri tipi di particelle e/o in energia, rimanendo però sempre in equilibrio numerico.
Tuttavia, fin quasi dai primordi questa perfetta simmetria cosmica è stata rotta e l’ago della bilancia è stato nettamente spostato verso la materia. Dunque, quali eventi fisici alla base della struttura dell’universo hanno decretato la supremazia della materia sulla sua rivale?
A fornire indizi di questa vittoria è un fenomeno fisico, chiamato ‘violazione della simmetria CP’, un complicato meccanismo fisico che spiega la rottura dell’equilibrio tra materia e antimateria: un po’ come se si infrangesse lo specchio, dunque, l’antimateria viene in qualche modo cancellata e la realtà assume la forma della materia. Le prime tracce sperimentali di questo fenomeno risalgono a circa cinquant’anni fa (al laboratorio di Brookaven, che si trova presso Long Island, a New York), però le conferme sono giunte solo in anni recenti. A studiare tale fenomeno, sono diversi esperimenti al mondo: dal CERN a Ginevra a BaBar presso il laboratorio SLAC in California, dove nel 2001 è stata scoperta sperimentalmente la violazione della simmetria fra i mesoni B (particolari particelle che sono anch’esse bosoni) e le loro antiparticelle.
L’antimateria e il bosone di Higgs. Ma arriviamo all’ipotesi odierna. Gli scienziati si domandano se il bosone di Higgs, scoperto sperimentalmente solo due anni e mezzo fa al CERN di Ginevra, possa avere giocato un ruolo in questa partita, nella violazione della simmetria CP. Non è una domanda strana, dato che il bosone è strettamente legato alla massa e alla materia. Attraverso un meccanismo noto come meccanismo di Higgs, infatti, la nostra particella è responsabile della massa di tutte le altre particelle: dunque perché non potrebbe essere implicata anche nella sparizione dell’antimateria?
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Nei prossimi mesi, l’obiettivo dei ricercatori sarà in primo luogo quello di confermare che il bosone di Higgs rientri nel Modello Standard, la teoria fisica che descrive tutte le particelle elementari e le loro interazioni e dunque che è alla base delle leggi dell’intero universo. Inoltre, i ricercatori indagheranno il particolare ‘decadimento’ del bosone (un processo in cui si trasforma in altri componenti) in due particelle elementari tau, simili a cugini extralarge dell’elettrone: è questo il processo che servirà a capire se la particella di Higgs è implicata nella vittoria della materia sull’antimateria. Questo decadimento è stato dimostrato sperimentalmente in tempi molto recenti; in esso il bosone dà luogo a due particelle tau e a due jet di altre particelle, simili a veri e propri getti a forma di cono: dalla posizione – o meglio dall’angolo – con cui vengono ‘spruzzati’ questi jet sarà possibile capire se il bosone è coinvolto nella rottura dell’equilibrio tra materia e antimateria.
Nel 2015, non appena il Large Hadron Collider opererà ad energie massime, pari a 14 teraelettronvolt (mille miliardi di elettronvolt, l’unità di energia che si riferisce alle particelle), gli scienziati saranno pronti a svolgere questa indagine, spiega Matthew J. Dolan, ricercatore associato presso il gruppo Particle Theory allo SLAC e co-autore della pubblicazione su Physical Review D. Philip Harris, co-autore dello studio e fisico al CERN, che lavora all’interno della collaborazione CMS (Compact Muon Solenoid), ha dichiarato: “Con solo pochi mesi di dati possiamo cominciare a fornire informazioni realistiche sul bosone di Higgs e sul fenomeno di violazione CP”.
http://www.repubblica.it/scienze/2015/01/04/news/bosone_sparizione_antimateria-103761401/?rss
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