C’è fermento al Cern di Ginevra. Non come nei giorni precedenti l’annuncio della scoperta del bosone di Higgs, certo; ma in gioco c’è, se possibile, qualcosa di ancora più importante. Se la cosiddetta “particella di Dio” costituiva infatti l’agognato tassello finale di una poderosa descrizione teorica del mondo subatomico elaborata alla fine degli anni ’60 – il Modello Standard – e confermata al di là di ogni ottimistica previsione anno dopo anno, oggi i fisici attendono con ansia che l’acceleratore di particelle LHC getti finalmente lo sguardo sull’universo oltre il Modello Standard. Perché sappiamo che c’è qualcosa oltre il bosone di Higgs. Il Modello Standard della fisica delle particelle non spiega diverse cose, tra cui la materia e l’energia oscura, che costituiscono il 96% circa dell’universo. Questa nuova fisica “esotica” ha bisogno di nuove teorie, e LHC è il luogo adatto per testarle. Anche se attualmente l’enorme acceleratore è spento e in fase di aggiornamento fino agli inizi del 2015, gli scienziati stanno passando al setaccio l’immensa mole di dati raccolti nel corso delle collisioni avvenute negli ultimi mesi. E da quei dati potrebbe essere emerso il primo indizio per scoprire cosa c’è al livello successivo.

Lo strano decadimento del mesone B.

Nel corso di un congresso internazionale a Stoccolma lo scorso 19 luglio, il gruppo di ricerca di LHCb, uno dei quattro esperimenti in corso nell’acceleratore del Cern, ha presentato prove di un decadimento del mesone B. La cosa non è particolarmente sorprendente: sebbene raro, i decadimenti del mesone B sono stati osservati altre volte. Ciò che è più importante è che la misurazione effettuata mostra una deviazione dalle predizioni del Modello Standard. E quelle deviazioni rispecchiano con esattezza i calcoli precedentemente fatti da un team di fisici formato da Joaquim Matias e Javier Virto dell’Università autonoma di Barcellona, e Sebastian Descotes Genon del Centro nazionale della ricerca scientifica francese, secondo i quali è possibile spiegare il fenomeno introducendo un nuovo bosone o – in ogni caso – qualcosa che non è stato previsto dal Modello Standard.

Joaquim Matias e Javier Virto dell'Università Autonoma di Barcellona, membri del team dell'esperimento LHCb.in foto: Joaquim Matias e Javier Virto dell'Università Autonoma di Barcellona, membri del team dell'esperimento LHCb.

Il mesone B è una particella altamente instabile composta da un quark e un antiquark, che sopravvive solo per una frazione infinitesimale di secondo alle altissime temperature raggiunte all’interno di LHC (simili a quelle immediatamente successive al Big Bang), prima di scomporsi – in gergo tecnico, “decadere” – in particelle più stabili. Il modo in cui il mesone B decade può fornire indizi fondamentali. Alcuni mesi fa, un decadimento rarissimo del mesone B aveva confermato le predizioni del Modello Standard e messo in crisi la teoria più in voga per la “nuova fisica”, la cosiddetta supersimmetria, che ipotizza l’esistenza di particelle speculari a quelle del Modello Standard ma con massa maggiore e proprietà diverse. Subito si erano rincorse le voci di un fallimento della teoria della supersimmetria, che in effetti dall’accensione di LHC a oggi non ha ancora fornito gli auspicati indizi della sua validità. Ma ora la supersimmetria potrebbe rientrare dalla finestra dopo essere stata prematuramente sbattuta fuori dalla porta.

L'ipotesi di un bosone Z'

Secondo il team di ricercatori, infatti, il decadimento particolare del mesone B in un kaone e due muoni potrebbe essere la prova dell’esistenza di un bosone Z’, il “cugino” più massivo del bosone Z previsto dal Modello Standard e scoperto dal team di Carlo Rubbia nei primi anni ’80 sempre al Cern. Il bosone Z è una particella che veicola la forza debole all’interno degli atomi. A differenza dei fermioni, che sono i mattoni di cui la materia è composta, i bosoni sono dei mediatori di forza. Il fotone, il più famoso tra i bosoni, veicola la forza elettromagnetica. Un bosone Z’ è previsto da tutte le teorie di grande unificazione, che mirano a unificare in un’unica grande teoria tre delle quattro forze fondamentali della natura: elettromagnetica, debole e forte. La sua esistenza sarebbe per i fisici il basamento di una “nuova fisica” oltre il Modello Standard, probabilmente in accordo con la supersimmetria, o forse diversa, ma comunque in grado di spiegare la materia oscura, le forze fondamentali e forse addirittura l’esistenza di dimensioni nascoste.

Se l’Higgs completava il puzzle del Modello Standard, questa scoperta potrebbe essere il primo tassello di un puzzle più grande.

Joaquim Matias
Non stupisce allora che tra i fisici delle particelle al Cern e in mezzo mondo ci sia attualmente un certo trambusto. “Dobbiamo essere prudenti, perché saranno necessari altri studi e nuove misurazioni per una conferma, ma in caso positivo questa sarebbe la prima prova diretta di una Nuova Fisica, una teoria più ampia dell’attuale Modello Standard”, commenta Joaquim Matias, che aggiunge: “Se l’Higgs completava il puzzle del Modello Standard, questa scoperta potrebbe essere il primo tassello di un puzzle più grande”. Gli scienziati dell’esperimento CMS, anch’esso in corso a LHC – insieme all’esperimento Atlas portò alla scoperta del bosone di Higgs – hanno invitato Matias e colleghi a spiegare i dettagli teorici della misurazione in un seminario al Cern. Nuove analisi dei dati raccolti potrebbero portare a una conferma definitiva nel marzo 2014.