di | 21/03/2019

La collaborazione LHCb ha annunciato oggi alla conferenza Rencontres de Moriond1 di aver visto per la prima volta una asimmetria materia-antimateria del mesone D0. In particolare si tratta della violazione della simmetria CP (carica-parità).

Diversamente dai componenti dei nuclei atomici come il protone e il neutrone che sono composti da tre quarks (due up e un down per il protone e due down e un up per il neutrone), i mesoni sono particelle instabili, con una vita media tipicamente pari o inferiore alle decine di nanosecondo (miliardesimo di secondo), composte da un quark e un antiquark. Il mesone D0 è composto da un quark charm e da un antiquark up.

La simmetria CP stabilisce che le leggi della fisica di una particella rimangono invariate se la particella viene scambiata con la sua antiparticella (simmetria C) e contemporaneamente le coordinate spaziali sono invertite (simmetria P)2. La violazione della simmetria CP, prevista nel Modello Standard delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali3 per l’interazione nucleare debole4, era stata osservata sperimentalmente per la prima nel 1960. Questa violazione è anche una proprietà fondamentale delle leggi di natura evidenziata nella matrice CKM5 (dalle iniziali dei suoi teorizzatori: Cabibbo-Kobayashi-Maskawa) che descrive le modalità con cui i singoli quark si trasformano in altri quark attraverso l’interazione nucleare debole ed il cui significato è tuttora al centro di approfonditi studi teorici e osservazioni sperimentali. È infine ritenuta responsabile dell’asimmetria tra materia e antimateria osservata nell’universo attuale e generatasi subito dopo il big bang: l’entità di questa asimmetria, che finora era stata osservata sperimentalmente solo per mesoni contenenti un quark strange o bottom, è tuttavia troppo debole per spiegare lo sbilanciamento materia-antimateria osservato e la scoperta annunciata oggi può gettare nuova luce sulle sue origini.

Per misurare un fenomeno estremamente raro come la violazione della simmetria CP del mesone D0 è stato necessario utilizzare tutti i dati raccolti dall’esperimento LHCb all’acceleratore LHC del CERN di Ginevra tra il 2011 e il 2018, concentrandosi in particolare nei due canali di decadimento del mesone D0 più probabili: kaoni e pioni. La misura della differenza tra i decadimenti del mesone D0 e del suo corrispettivo di antimateria ha reso possibile la scoperta.

  1. http://moriond.in2p3.fr/2019/EW/slides/5_Thursday/3_YSF/5_Tuci.pdf  
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/CP_violation  
  3. https://it.wikipedia.org/wiki/Modello_standard  
  4. https://it.wikipedia.org/wiki/Interazione_debole  
  5. https://it.wikipedia.org/wiki/Matrice_CKM  

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