Un processo rarissimo è stato osservato con un ottimo livello di confidenza statistica e con una precisione senza precedenti dall’esperimento NA62 al CERN. Si tratta di un decadimento di particelle che vede un kaone carico trasformarsi in un pione carico con un neutrino e un antineutrino. I nuovi risultati sono stati presentati lo scorso martedì 28 luglio nel corso dell’International Conference on High Energy Physics 2020 (ICHEP 2020) dalla collaborazione di ricercatori che lavorano all’esperimento, di cui fanno parte anche fisici e tecnologi dell’INFN.
Lo studio nel dettaglio di questo processo potrebbe permettere di trovare segnali di Nuova Fisica, ovvero quella fisica che ancora non conosciamo e che va oltre le nostre attuali teorie. Infatti, l’obiettivo di NA62 è di scovare in questo processo qualche comportamento imprevisto che devii dal Modello Standard, la teoria che oggi ci fornisce la migliore descrizione del mondo delle particelle elementari e delle loro interazioni.
“Abbiamo registrato 17 eventi che potrebbero corrispondere a questo particolare decadimento del kaone tra i dati raccolti nel 2018, ottenuti a partire da oltre due miliardi di miliardi di collisioni di protoni su un bersaglio di berillio. Se a questo aggiungiamo i tre eventi che avevamo già rivelato tra i dati raccolti tra il 2016 e il 2017, possiamo affermare con un ottimo livello di confidenza statistica (in gergo tecnico, evidenza a 3,5 sigma) di aver osservato questo rarissimo decadimento che i fisici stanno cercando da oltre 50 anni”, spiega Fabio Ambrosino, ricercatore dell’INFN e professore all’Università Federico II di Napoli, che coordina la partecipazione dell’INFN a NA62. “Dobbiamo continuare a studiarlo per avvicinarci sempre di più alla possibilità di scoprire eventuali anomalie del Modello Standard, per questo siamo ansiosi di ricominciare a prendere dati nell’estate del 2021.”
“L’analisi dei dati è stata una sfida molto impegnativa, gli eventi di segnale devono essere trovati in un mare di eventi di fondo, un numero mille miliardi di volte superiore rispetto a quello degli eventi che vogliamo osservare,” racconta Giuseppe Ruggiero, ricercatore della Sezione INFN di Firenze e dell’Università di Lancaster, vice responsabile di NA62 e coordinatore dell’analisi. “È stato un po’ come cercare un ago in un milione di pagliai! In questi casi è importante non lasciarsi influenzare dai dati ma definire prima della fase di analisi i criteri con cui analizzarli, basandosi su studi preliminari: è quello che abbiamo fatto applicando la cosiddetta blind analysis, solo dopo aver deciso definitivamente i criteri di analisi abbiamo osservato i dati e trovato gli eventi di segnale.”
Come funziona NA62? È un esperimento composto di diversi rivelatori di particelle che utilizza un fascio di protoni estratti dall’acceleratore del CERN Super Proton Synchrotron (SPS). Questi protoni vengono fatti collidere su un bersaglio di berillio per generare un intenso fascio secondario con una rilevante percentuale di kaoni, che sono l’oggetto di studio dell’esperimento. A differenza degli esperimenti che finora hanno studiato questo decadimento raro, come E787 ed E949 del Brookhaven National Laboratory negli Stati Uniti, NA62 studia i kaoni “in volo”, all’interno di un volume in cui è stato fatto il vuoto, lungo oltre 60 metri. Questo approccio permette di incrementare il numero totale di decadimenti osservabili.
La collaborazione NA62, guidata dall’italiana Cristina Lazzeroni dell’Università di Birmingham, coinvolge circa 200 fisici da Europa, Stati Uniti, Canada, Messico e Russia, in cui l’impegno dell’INFN spicca con circa un terzo dei partecipanti: oltre 70 fisici e tecnologi dei Laboratori Nazionali di Frascati e di otto Sezioni dell’INFN (Ferrara, Firenze, Napoli, Perugia, Pisa, Roma1, Roma2 e Torino) contribuiscono in modo decisivo al successo dell’esperimento con importanti responsabilità sia sul rivelatore (con lo sviluppo dell’avanzatissimo sistema di tracciamento del fascio, del sistema di veto per i fondi da fotoni e particelle cariche, e del sistema di individuazione dei pioni) che sul complesso sistema di acquisizione dati dell’esperimento.
