Gli scienziati del Cern hanno annunciato una scoperta significativa nel campo della fisica delle particelle: un nuovo processo di decadimento di particelle ultra-rare, che offre nuove prospettive per comprendere le interazioni fondamentali tra gli elementi costitutivi della materia. Durante un seminario al Cern Ep, la collaborazione NA62 ha presentato la prima osservazione sperimentale del rarissimo decadimento del kaon carico in un pione carico e in una coppia neutrino-antineutrino (K+ p+).
Il decadimento di particelle ultra-rare
Si tratta di un evento straordinariamente raro: il Modello Standard (SM) della fisica delle particelle prevede che meno di un kaone su dieci miliardi decada in questo modo. Il progetto NA62 è stato specificamente ideato e costruito per misurare questo particolare decadimento. Cristina Lazzeroni, professoressa di fisica delle particelle all’Università di Birmingham, ha commentato: “Con questa misura, K+ p+ diventa il più raro decadimento stabilito a livello di scoperta, il famoso 5 sigma. Questa difficile analisi è il risultato di un eccellente lavoro di squadra e sono estremamente orgogliosa di questo nuovo risultato“.
I kaoni vengono generati da un fascio di protoni ad alta intensità fornito dal Super Proton Synchrotron (Sps) del Cern, il quale collide con un bersaglio stazionario. Questo processo produce un fascio di particelle secondarie, con quasi un miliardo di particelle al secondo che raggiungono il rivelatore NA62, di cui circa il 6% sono kaoni carichi. Il rivelatore è in grado di identificare e misurare con precisione ogni kaone e i suoi prodotti di decadimento, escludendo solo i neutrini, che si manifestano come energia mancante.
“Questo è il culmine di un lungo progetto iniziato più di dieci anni fa“, ha dichiarato Giuseppe Ruggiero, dell’Università di Firenze. “Cercare in natura effetti che hanno probabilità di verificarsi dell’ordine di 10^-11 è affascinante e impegnativo. Dopo un lavoro rigoroso e minuzioso, abbiamo ottenuto una splendida ricompensa per i nostri sforzi e un risultato atteso da tempo“.
La nuova scoperta si basa sulla combinazione dei dati raccolti dall’esperimento NA62 nel 2021 e nel 2022, insieme a un risultato precedente ottenuto dai set di dati del 2016 e 2018. I dati più recenti sono stati acquisiti dopo una serie di aggiornamenti al setup di NA62, che hanno permesso di operare con un’intensità del fascio superiore del 30% e con nuovi rivelatori migliorati. Questi aggiornamenti hardware, combinati con tecniche di analisi raffinate, hanno consentito di raccogliere segnali candidati a una velocità superiore del 50% rispetto al passato, introducendo al contempo strumenti aggiuntivi per sopprimere i fondi di disturbo.
L’incredibile scoperta
Un team di scienziati dell’Università di Birmingham, attualmente diretto da Evgueni Goudzovski, ha partecipato all’esperimento NA62 sin dalla fase di progettazione nel 2007, svolgendo un ruolo cruciale nella collaborazione. “Attirare i migliori talenti e offrire posizioni di responsabilità ai ricercatori alle prime armi è sempre stata la priorità del gruppo“, ha affermato Goudzovski. “Siamo orgogliosi che sia l’attuale coordinatore della fisica NA62 che l’attuale coordinatore della misura K+ p+ siano ex dottorandi di Birmingham. È un privilegio lavorare e guidare un team così energico e costruttivo“.
La ricerca sul decadimento K+ p+ è di grande interesse poiché è estremamente sensibile alla nuova fisica, oltre il Modello Standard. Attualmente, la frazione di kaoni che decadono in un pione e due neutrini è misurata in circa 13 su 100 miliardi. Sebbene questo dato corrisponda alle previsioni del Modello Standard, risulta superiore di circa il 50%. Questo incremento potrebbe indicare la presenza di nuove particelle in grado di aumentare la probabilità di questo decadimento, ma sono necessari ulteriori dati per confermare tale ipotesi.
L’esperimento NA62 è attualmente in fase di raccolta dati, e gli scienziati sperano di confermare o escludere la presenza di nuova fisica nel decadimento K+ p+ entro i prossimi anni.
