a cura di Mario Bruschi, Dipartimento di Fisica Università “La Sapienza”

Anomalia del momento anomalo del muone

Il “modello standard“, benchè forse teoricamente ed esteticamente insoddisfacente, domina la Fisica fondamentale da molti decenni con assoluto successo. Ogni sua previsione era stata finora sperimentalmente verificata e per converso ogni risultato sperimentale aveva trovato spiegazione all’interno del modello stesso.

Teorie alternative sono state avanzate come la “super simmetria” che però non ha avuto finora nessun riscontro sperimentale o “la teoria delle stringhe” che addirittura sembra al di là di ogni possibile verifica o smentita (e in tal senso sarebbe quindi meta-fisica…).

Eppure ora forse una prima incrinatura è apparsa nel monolitico modello (con grande gioia dei Fisici… la Fisica, e in generale la Scienza, è la terra delle verità provvisorie; una teoria, anche di grande successo e con moltissime verifiche sperimentali, vive solo fino alla prima prova sperimentale contraria).

Una prima analisi dei risultati di un esperimento al Brookhaven National Laboratory (USA) sembra provare che il momento magnetico del muone si sta comportando “male”… è stata cioè misurata una deviazione dal fattore g-2 previsto dal modello Standard.

La divergenza tra i risultati sperimentali e il valore teorico è di 2.6 “deviazioni standard”, il che non permette ancora di asserire con assoluta certezza che il valore previsto dal modello Standard sia sbagliato (ricordiamo che ogni risultato sperimentale è soggetto ad errore e la valutazione di tale errore può essere fatta statisticamente: nel caso attuale c’è ancora una probabilità su cento che il risultato anomalo sia dovuto a semplici fluttuazioni statistiche, ma l’analisi di ulteriori misure ancora in corso potrebbe ridurre considerevolmente tale margine).

C’è inoltre una seconda possibilità: il risultato sperimentale è corretto ma il valore teorico attuale del fattore g-2 è sbagliato e non perchè sia sbagliata la teoria del modello Standard ma perchè potrebbero essere inesatti alcuni dei “parametri” ( valori sperimentali di masse, costanti di accoppiamento, etc.) che la teoria usa per predire il valore del fattore stesso. Comunque anche in questo caso i nuovi dati ottenuti negli acceleratori in Russia, Cina e USA, potranno ridurre di molto l’incertezza sul valore “teorico”.

Ovviamente c’è una terza possibilità ed è quella che stuzzica di più i Fisici: il risultato è corretto ma non può essere spiegato nell’ambito del modello standard (attuale) e quindi il modello standard stesso risulterebbe sbagliato o almeno incompleto. Ci sarebbero dunque nuove cause fisiche per l’anomalia del momento mognetico del muone: un piccolo spiraglio verso grandi novità potrebbe essersi effettivamente aperto.

I teorici hanno già prospettato diverse possibilità:

1) il muone ha una sub-struttura (attualmente si crede che i mesoni e i barioni siano formati da quarks, ma che i leptoni – elettrone, muone, tauone – siano particelle semplici, cioè non formate da altre particelle (vedi Tabella delle particelle elementari);

2) il bosone W ha una sottostruttura (questo modificherebbe il suo fattore-g e di conseguenza anche quello del muone);

3) l’anomalia della anomalia è dovuta all’esistenza dei partner supersimmetrici delle particelle usuali, partners previsti dalle teorie di “super-simmetria” ma non ancora trovati – anche se si spera di “vederli” al Tevatron Collider del Fermi National Accelerator Laboratory e/o al futuro Large Hadron Collider (CERN) – .

Se l’ultima ipotesi risulterà vera, questo esperimento potrebbe passare alla storia come prima conferma sperimentale di una nuova fisica oltre il modello standard.

Ma l’inventività della Natura è ben nota… potrebbe anche essere che la spiegazione “vera” non sia nessuna di quelle sopra proposte. Curiosi, aspettiamo.

Per chi vuole approfondire:

Descrizione dell’esperimento
Spiegazione di alcuni termini tecnici

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