Fisica: l’esperimento MEG pone nuovi limiti alla Supersimmetria

A conclusione dell’analisi dati della sua prima fase di attività, l’esperimento MEG (Muon Electron Gamma), cui partecipa l’INFN, pone nuovi limiti alla Supersimmetria (SUSY), in particolare a una certa classe di teorie di grande unificazione supersimmetrica, le SUSY-GUT. Il risultato presentato l’8 marzo a Les Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste a La Thuile ci dice, infatti, che dei circa 2300 miliardi di muoni osservati dall’esperimento nessuno è decaduto in un elettrone e un fotone. E questo i fisici lo possono affermare con grande sicurezza, il risultato, infatti, ha un livello di confidenza del 90%. “Ciò non significa che le SUSY-GUT siano state totalmente escluse, – spiega Alessandro Baldini, ricercatore dell’INFN, coordinatore dell’esperimento MEG – tant’è che MEG prevede una seconda fase, in cui i nuovi rivelatori con risoluzioni migliori permetteranno un aumento della sensibilità di un fattore 10”.

“L’osservazione di questo processo costituirebbe una rivoluzione nel campo della fisica delle interazioni fondamentali perché il Modello Standard semplicemente non lo prevede: si tratterebbe quindi di un’interazione di tipo nuovo, dovuta a un mediatore di forza mai visto prima”, conclude Baldini. Durante la sua prima fase dal 2009 al 2013, l’esperimento MEG ha preso dati al Paul Scherrer Institut (PSI) di Zurigo, ricercando questo fantomatico decadimento del muone in un elettrone e un fotone. La gran parte delle teorie supersimmetriche di grande unificazione prevede invece che il decadimento esista, e dovrebbe essere osservabile dall’esperimento MEG: il fatto quindi che MEG non lo osservi, a sensibilità sempre più crescenti, significa che lo spazio dei parametri di queste teorie si riduce progressivamente.

Le ricerche condotte da MEG sono analoghe a quelle che si svolgono anche all’acceleratore LHC del CERN di Ginevra. Con una differenza, però, che rende i due esperimenti complementari: mentre LHC conduce le sue analisi con adroni, MEG studia i leptoni (muone, elettrone, tau). ?Nel modello elettrodebole standard delle interazioni fondamentali le particelle elementari (quark e leptoni) sono riunite in sottogruppi, chiamati “famiglie”, caratterizzati da una particolare qualità chiamata “sapore”. Nel settore dei quark le transizioni fra particelle appartenenti a famiglie diverse sono usuali e sono inserite esplicitamente nel modello teorico, mentre nel settore dei leptoni non sono state osservate sperimentalmente reazioni fra leptoni carichi di sapore diverso: nel modello elettrodebole questo tipo di reazioni è quindi esplicitamente proibito. Il modello elettrodebole è una teoria di grandissimo successo e fino ad ora, a parte piccole estensioni, è risultato sufficiente per spiegare qualsiasi osservazione sperimentale nel campo della fisica delle particelle.

Tuttavia, per numerose ragioni teoriche, si ritiene necessario che il modello debba essere esteso in modo da risultare parte di una teoria più generale. Fra le varie teorie proposte risultano particolarmente interessanti le teorie di grande unificazione supersimmetrica delle forze della natura, le quali prevedono l’esistenza di reazioni fra leptoni carichi che non conservano il sapore. L’osservazione sperimentale di una di queste reazioni sarebbe quindi una prova incontrovertibile della necessità di superare il Modello Standard. L’esperimento MEG si propone di esplorare in dettaglio questa possibilità. Attualmente altri tre esperimenti, uno sempre al PSI, uno negli USA e uno in Giappone, stanno preparandosi  a ricerche analoghe. La corsa alla rivelazione delle violazioni di sapore è in atto.