Fisica moderna: probabilità di scoprire aspetti inediti della materia, oltrepassando i confini dell’attuale teoria di riferimento.

Superato il Modello Standard?

La fisica moderna si trova sull’orlo di una rivoluzione senza precedenti, caratterizzata da dati di una solidità mai vista prima. I fisici stanno vivendo un momento di eccitazione e anticipazione, poiché la probabilità di scoprire aspetti inediti e inaspettati della materia, oltrepassando i confini dell’attuale teoria di riferimento, il Modello Standard, è ora più alta che mai.

Il nuovo entusiasmo, vissuto nel settore della fisica moderna, è stato innescato da scoperte recenti riguardanti il comportamento magnetico dei muoni, che sono particelle elementari strettamente legate agli elettroni. Queste particelle vengono generate naturalmente quando i raggi cosmici interagiscono con l’atmosfera terrestre, e da un esperimento condotto al Fermilab nel 2017 sono stati raccolti dati di straordinaria precisione riguardo a tale comportamento. Questi dati hanno rivelato una discrepanza significativa rispetto al Modello Standard. 

Nuovi dati inaspettati

L’impresa è stata portata avanti dalla collaborazione internazionale Muon g-2, un gruppo di 182 ricercatori provenienti da 33 istituti di 7 paesi diversi, tra cui l’Italia rappresentata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La presentazione dei nuovi dati è avvenuta presso la sede del Fermilab a Batavia (Chicago) e sono in procinto di essere pubblicati sulla rinomata rivista scientifica Physical Review Letters. Questi dati non solo confermano la discrepanza precedentemente osservata nel 2021, ma lo fanno con una precisione doppia rispetto a prima.

Graziano Venanzoni, co-coordinatore internazionale della collaborazione Muon g-2 insieme a Peter Winter, ha dichiarato: “Stiamo veramente esplorando territori inesplorati”. Questo rafforzamento della discrepanza mette in luce un nuovo panorama nella fisica delle particelle. Tuttavia, nonostante il fervore iniziale, i fisici sono cauti nel trarre conclusioni affrettate. Come osserva Marco Incagli, responsabile nazionale per l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare dell’esperimento Muon g-2, nel 2020 era stata avanzata una teoria sulla possibile esistenza di una quinta forza della natura. Tuttavia, nuove teorie hanno successivamente contribuito ad aumentare l’incertezza attorno a questa ipotesi, rendendo prematura qualsiasi affermazione conclusiva. Incagli sottolinea che è necessario attendere il convergere dei diversi approcci teorici prima di formulare tali conclusioni audaci.

Rimane la cautela

Nonostante la cautela, che rimane, i nuovi dati presentati a Batavia sono indubbiamente incoraggianti. Come afferma lo stesso Incagli, “abbiamo ottenuto un risultato sperimentale eccellente”. Si prospetta quindi un futuro di ricerca intensa e scoperte affascinanti.

Le particelle muoni, che condividono alcune caratteristiche con gli elettroni, ma possiedono una massa circa 200 volte superiore, potrebbero rappresentare una chiave per sbloccare nuove frontiere della fisica. Simili agli elettroni, i muoni possiedono un momento magnetico intrinseco che, quando esposto a un campo magnetico, oscilla come l’asse di una trottola, con un valore indicato come ‘g’. Questo valore, secondo il Modello Standard, dovrebbe essere leggermente diverso da 2.

Tuttavia, i risultati dell’esperimento Muon g-2 mettono in evidenza un valore notevolmente divergente da quello previsto dal Modello Standard. I fisici spiegano questa discrepanza con le interazioni dei muoni con le particelle circostanti, che esistono in uno stato di fluttuazione tra l’esistenza e la non-esistenza. Questo mare di particelle è talvolta descritto come “schiuma quantistica” e sembra influenzare il modo in cui i muoni interagiscono con il campo magnetico. Sebbene il Modello Standard identifichi le possibili particelle coinvolte in queste interazioni, la discrepanza rilevata nei nuovi dati potrebbe suggerire l’esistenza di particelle completamente nuove, che la teoria attuale non aveva previsto.

Nasce la “nuova fisica”

I dati recentemente emersi dall’esperimento Muon g-2, iniziato nel 2017, rappresentano il terzo segnale significativo a favore della “nuova fisica“. Precedentemente, risultati simili erano stati ottenuti circa 20 anni fa tramite un esperimento condotto presso il Brookhaven National Laboratory, un acceleratore di particelle vicino a New York. Tuttavia, l’attuale sforzo ha accumulato dati più di 21 volte superiori rispetto al passato, e ora l’analisi di questi dati si prevede richiederà ancora due anni di intensa attività.

In sintesi, la comunità scientifica sta assistendo a un periodo di straordinaria importanza nella ricerca delle fondamenta della materia e dell’universo. Le nuove scoperte della fisica moderna sui muoni e le loro proprietà magnetiche aprono la porta a un mondo di possibilità, svelando discrepanze con il Modello Standard e aprendo la strada a nuove teorie e scoperte ancora inimmaginabili. La strada è tracciata, e i prossimi anni promettono di essere affascinanti e rivoluzionari nell’ambito della fisica delle particelle.