Materia e antimateria non si comportano nello stesso modo. E' questa, in sostanza, la più plausibile spiegazione del perché il nostro universo sia oggi composto in massima parte da materia, mentre l'antimateria, presente in misura uguale agli inizi del tempo, è del tutto scomparsa, ridotta a una minuscola quantità. Un mistero cosmologico di importanza cruciale, che ha scatenato anche la fantasia di generazioni di scienziati, molti dei quali immaginavano – in parte immaginano ancora oggi – l'esistenza di galassie e interi universi di antimateria, da qualche parte lì fuori, del tutto speculari alle galassie e all'universo che conosciamo, fatto di materia cosiddetta "barionica". Un indizio forse decisivo per risolvere questo mistero arriva, ancora una volta, dall'acceleratore LHC del Cern di Ginevra, il cui esperimento LHCb ha ora individuato con precisione una rottura della simmetria CP tra materia e antimateria.

L'asimmetria dei mesoni

Il decadimento dei mesoni e degli antimesoni, a loro volta prodotti dalla collisione tra un elettrone e la sua antiparticella, il positrone.
in foto: Il decadimento dei mesoni e degli antimesoni, a loro volta prodotti dalla collisione tra un elettrone e la sua antiparticella, il positrone.

La simmetria CP è una sorta di legge di natura che prevede la possibilità di cambiare carica (C) e coordinate spaziali (il concetto di parità, P) a una particella ottenendo in cambio un'antiparticella effettivamente esistente. Se materia e antimateria fossero del tutto speculari, si osserverebbe difatti una simmetria CP; esistono tuttavia da tempo forti indizi sul fatto che ciò non sia vero. L'idea dell'esistenza di una violazione, o rottura della simmetria CP, nel caso dell'antimateria, è una delle spiegazioni più accreditate tra i fisici per spiegare che fine abbia fatto tutta l'antimateria che esisteva quando l'universo emerse in seguito al Big Bang. In pratica, pur prodotte originariamente in quantità uguali, materia e antimateria avrebbero avuto destini diversi: l'antimateria sarebbe rapidamente scomparsa, a causa di un più marcato decadimento delle sue particelle. L'esperimento LHCb cerca tracce di questa ipotesi attraverso l'osservazione del decadimento dei mesoni Bs, una famiglia particolare di mesoni, particelle cioè composte solo da due quark, in questo caso il quark bottom (B) e il quark strange (S).

I mesoni sono particelle molto instabili, dato che le particelle di materia ordinaria sono composta da 3 quark, mentre i mesoni ne hanno solo due. Decadono quindi in particelle più stabili dopo una frazione di secondo. Nell'acceleratore di particelle di Ginevra si è ora visto che i mesoni Bs e i loro partner di antimateria, ossia gli anti-mesoni Bs, decadono in modo non speculare. Per la precisione, l'esperimento LHCb ha individuato 676 casi di decadimento degli anti-mesoni Bs in particelle più stabili (mesoni K e pioni), mentre per i mesoni Bs fatti di materia ordinaria il numero di decadimenti si limita a 389. In pratica, le antiparticelle decadono più delle particelle normali. Estendendo questa scoperta su scala cosmologica, la tentazione è quella di spiegare il destino dell'antimateria dimostrando che essa sarebbe ben presto decaduta, scomparendo e lasciando spazio alla materia ordinaria, che avrebbe "ereditato" il dominio sul nostro universo.

In cerca dell'antimateria scomparsa

Tuttavia, per quanto rilevante sia la violazione della simmetria CP osservata a LHCb, si tratterebbe ancora di un'asimmetria non sufficientemente ampia da spiegare la pressoché totale scomparsa dell'antimateria nell'universo. "La quantità che abbiamo visto è ancora compatibile con quella prevista dal Modello Standard della fisica delle particelle", spiega Chris Parkes, portavoce del contingente inglese a LHCb "ed è semplicemente troppo piccola per spiegare perché siamo tutti qui, e perché tutto quanto sia composto di materia… perciò il mistero continua". Saranno necessari ulteriori esperimenti con altre particelle per scoprire se la violazione della simmetria avviene anche in alti casi, per esempio con altre tipologie di mesoni. Nel 2011 fu resa nota la notizia che proprio a LHCb fosse stata osservata un'analoga asimmetria con i mesoni D0, ma a quanto sembra si trattò di un abbaglio.

“L’entità di questa asimmetria di comportamento è molto grande – spiega Vincenzo Vagnoni dell’INFN di Bologna – e la misura effettuata da LHCb apre un nuovo settore d’indagine che potrà portare, con l’aumento della precisione statistica, una migliore comprensione dei fenomeni alla base della violazione della simmetria CP, e possibilmente alla scoperta di nuovi effetti che possano finalmente spiegare il mistero della scomparsa di antimateria dal nostro Universo”. Vagnoni è tra i firmatari dell'articolo sulla scoperta, appena pubblicato sulla Physics Review Letter. L'esperimento internazionale, condotto al CERN di Ginevra, è attualmente guidato da un altro italiano, Pierluigi Campana.