Un’altra prova superata per il modello standard

L’esperimento LHCb del Large Hadron Collider del CERN di Ginevra ha ottenuto la misurazione più precisa di sempre dei parametri di accoppiamento tra diversi quark, i costituenti fondamentali della materia. Il risultato rappresenta un’ulteriore verifica sperimentale della validità del modello standard della fisica delle particelle e un limite molto stringente alle sue possibili estensioni

La più precisa misurazione di sempre dei parametri di accoppiamento tra diversi tipi di quark è stata ottenuta dai ricercatori dell’esperimento LHCb del Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, che vede un’ampia partecipazione dell’Istituto nazionale di fisica nucleare. Il risultato, descritto in un articolo pubblicato su “Nature Physics”,  fornisce un’ulteriore conferma della validità del modello standard della fisica delle particelle, che ha già trovato numerose conferme sperimentali, tra cui la scoperta del bosone di Higgs nel 2012 proprio grazie a esperimenti di LHC.

Immagine  al computer dei prodotti di collisione analizzati dall'esperimento LHCb (Cortesia CERN)
Immagine al computer dei prodotti di collisione analizzati dall’esperimento LHCb (Cortesia CERN)

 

Il modello standard è la teoria che descrive le proprietà delle particelle fondamentali, tra cui il comportamento dei quark, i costituenti fondamentali della materia, che si presentano in sei diversi tipi, o sapori:up e downcharm e strange, top bottom (o beauty). Nell’ambito della teoria, il decadimento dei quark in quark di tipo diverso è descritto da una matrice 3×3 nota come matrice di Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (CKM).

Anche se il modello standard non fa previsioni di quattro dei nove parametri della matrice CKM, le misurazioni di questi parametri nei differenti processi fisici dovrebbero fornire valori coerenti tra loro. Se questa coerenza non ci fosse, si tratterebbe di una forte indicazione del fatto che il modello standard è incompleto e che occorre una teoria che vada oltre.

L’occasione di misurare i parametri della matrice CKM è stato offerta dalle collisioni ad alta energia prodotte in LHC, i cui prodotti di decadimento possono essere studiati mediate il Large Hadron Collider beauty (LHCb), un esperimento progettato per studiare decadimenti e fenomeni rari relativi agli adroni, cioè alle particelle formate da tre quark, di cui uno è il quark beauty.

Grazie ai dati raccolti in queste collisioni, la collaborazione LHCb ha effettuato la più precisa misurazione degli elementi della matrici CKM, la prima ottenuta con adroni, che è complementare a quella ottenuta con altri metodi, basati sul decadimento di mesoni, cioè di particelle costituite da due soli quark. Oltre a costituire un nuovo test della validità del modello standard, il risultato costituisce anche un limite stringente per tutte le sue possibili estensioni, che dovranno rendere conto della “nuova fisica” che potrà emergere dai futuri esperimenti di LHC.

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