I nuovi risultati precisi mostrano segni di fisica nuova e sconosciuta

Oggi è un giorno molto speciale, che non solo noi ma l’intera comunità fisica internazionale attendiamo da molto tempo.

Lo ha presentato il fisico italiano Graziano Finazzoni Primi risultati dalla prova Muon g-2 la scorsa settimana. È un portavoce dell’esperimento, che si trova al Fermilab, fuori Chicago.

Come dice Graziano Venanzoni, i risultati sono attesi da tempo dagli oltre 200 fisici che lavorano all’esperimento. Pochi potrebbero essere rimasti delusi. Le misurazioni di Muon g-2 danno motivo di sperare che presto saremo in grado di ottenere prove per una fisica nuova e sconosciuta che va oltre le nostre teorie conosciute.

20 anni fa I fisici del Brookhaven National Laboratory di Long Island a New York hanno visto segni che una particella chiamata muone non si sta comportando correttamente come dovrebbe, o come va la teoria. Non è stato possibile trarre alcuna conclusione specifica dopo, ma è stato abbastanza interessante per i ricercatori di tutto il mondo dare uno sguardo più da vicino al fenomeno, facendo calcoli teorici migliori e pianificando nuove misurazioni più accurate negli esperimenti.

Il nuovo risultato di Muon g-2 corrisponde bene alle misurazioni di Brookhaven. Quindi, inoltre, non concorda bene con il cosiddetto Modello Standard, che è la teoria che descrive i componenti più piccoli della materia e le forze che agiscono tra di loro.

L’esperimento si è concluso al Brookhaven National Laboratory nel 2001 e lì non sono stati in grado di raggiungere una maggiore precisione. Ma possono al Fermilab. In fisica, vogliamo sempre controllare i risultati. Stefan Leopold, professore nel dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Uppsala, afferma che la riproducibilità è il Santo Graal.

È ancora troppo presto per dire con certezza che la previsione del Modello Standard non è corretta.

La probabilità che tutto vada bene e che il modello standard sia conforme alla realtà qui è attualmente di una su 40.000. Quindi non è molto probabile, ma c’è ancora una piccola possibilità che vada bene insieme, dice Stefan Leopold.

I fisici delle particelle hanno richieste molto elevate di prove per nuove scoperte. Prima che possano dire che ci sono prove veramente conclusive di una nuova scoperta, ci deve essere una possibilità massima di 3,5 milioni che la misurazione sia dovuta solo al caso. Non siamo ancora arrivati, ma si spera presto, quando i fisici del Muon g-2 avranno il tempo di analizzare più dati.

Hanno già acquisito molti più dati e avranno una precisione quattro volte migliore quando saranno pronti, afferma Johan Binnes, professore di fisica teorica delle particelle all’Università di Lund.

Johann Bennens e Stephan Leopold Entrambi lavorano da molto tempo sui calcoli teorici di ciò che l’esperimento ha misurato al Fermilab: il momento magnetico del muone. Il muone è un cugino circa 200 volte più pesante di un elettrone, e prende il nome dalla lettera greca my, µ, che i fisici iniziarono a usare presto come termine per una particella. Proprio come un elettrone, un muone si comporta come se contenesse un piccolo magnete interno. Quando il muone si muove in un campo magnetico, la direzione del magnete interno ruoterà in cerchi. La velocità di rotazione è ciò che Muon g-2 misura, il che si discosta notevolmente da ciò che dice la teoria che i fisici vedono come un possibile indicatore di nuove forze o particelle sconosciute.

La fisica delle particelle ha offerto sorprese in passato. Il muone stesso è uno di questi. È stato scoperto nelle radiazioni cosmiche negli anni ’30. Negli anni ’60 e ’70, quando fu sviluppato il modello standard ei ricercatori iniziarono a capire come funzionano i componenti più piccoli della materia, divenne chiaro che il muone era diverso. Non è fatto di quark, come i neutroni e i protoni nel nucleo atomico e quasi tutte le altre particelle che conosciamo. Invece, è una versione molto più pesante e più stabile dell’elettrone, e non sembra essere affatto importante per le reazioni nucleari e simili. “Chi lo ha richiesto?” (“Chi lo ha richiesto?”) Riassunto dal fisico vincitore del Premio Nobel Isidore Isaac Rabi.

Moduli standard È stato testato e messo in discussione per decenni, ma la teoria ha retto fino ad ora. quando La particella di Higgs è stata scoperta nel 2012 La parte finale della costruzione della teoria è apparsa: la parte che spiega come le particelle guadagnano massa.

La particella di Higgs è stata una conferma molto importante del fatto che abbiamo una teoria che funziona molto bene e che comprendiamo come funzionano le cose. La nuova scoperta mostra che ci sono ancora cose da esplorare e capire. Entrambe sono scoperte molto importanti, afferma Stefan Leopold.

Ci sono cose che il Modello Standard non spiega, come il cosiddetto Materia oscura, che costituisce circa il 27% dell’universo, Consiste di. I segni di una nuova fisica che vanno oltre il modello standard potrebbero aiutare i ricercatori sulla strada verso una nuova teoria più completa.

Ma per trovare le deviazioni che il Muon g-2 potrebbe aver visto richiede un’incredibile precisione, sia in teoria che negli esperimenti.

La precisione è qualcosa su cui facciamo affidamento anche nella nostra vita quotidiana. Immagina di voler andare da Stoccolma a Göteborg. 200 anni fa, saresti felice se sapessi il giorno in cui arriverai. Ma ora si arrabbia se il treno è in ritardo di un quarto d’ora, dice Stefan Leopold.

Essere in grado di misurare qualcosa esattamente come fanno i fisici al Fermilab è un risultato in sé.

– Se si confronta con il viaggio da Stoccolma a Göteborg, dovremmo sapere in una frazione di secondo quando arriva il treno. I minuti non bastano. Abbiamo un gruppo di persone che può misurare l’arrivo di un treno in microsecondi e un altro gruppo calcola esattamente, in microsecondi, quando arriverà il treno, dice Stephane Leopold.

Se la misurazione di un gruppo non corrisponde ai calcoli dell’altro, i fisici devono scoprire tutto ciò che può aver influenzato la durata del volo, continua.

Forse è stato un piccolo terremoto da qualche parte, che ha scosso i binari e ha fatto muovere il treno un po ‘più velocemente o più lentamente. Forse c’era sabbia sui binari? Potremmo parlare con i geologi se notano un terremoto, con testimoni che potrebbero aver visto qualcuno gettare sabbia sulle sbarre, ecc. Quando abbiamo fatto tutto questo e ancora non siamo in grado di spiegare la differenza completa tra calcolo e realtà, dobbiamo effettuare più misurazioni per vedere se la differenza rimane.

La lettera g Muon g-2 è il termine dei fisici delle particelle per indicare la misura in cui un campo magnetico influenza un muone. Secondo i modelli più vecchi, g sarebbe 2. Ma questo non è perché il muone è influenzato da tutte le altre particelle presenti, note o sconosciute.

– Se ci sono particelle che non abbiamo ancora scoperto, contribuiranno a questo. Anche se gli effetti sono molto piccoli, possiamo vederli se riusciamo a misurare abbastanza accuratamente, afferma Johann Paynez.

Questo non significa che il Modello Standard sia sbagliato, ma piuttosto che dietro ci sia fisica.

Di solito dico ai miei studenti che Einstein non ha dimostrato che Newton si sbagliava. Johann Binnens ha detto che ha dimostrato che Newton non aveva sempre ragione.