Scoperto un nuovo processo fisico relativo al decadimento di particelle ultra-rare

Roma – Scoperto un processo di decadimento di particelle ultra-rare, che apre una nuova strada per la comprensione di come interagiscono gli elementi costitutivi della materia. Lo rivela un nuovo studio degli scienziati del CERN. Oggi la collaborazione NA62 ha presentato a un seminario del CERN EP la prima osservazione sperimentale del rarissimo decadimento del kaon carico in un pione carico e in una coppia neutrino-antineutrino (K+ → π p+νν).  Si tratta di un evento ultra-raro: il Modello Standard, SM, della fisica delle particelle, che spiega come le particelle interagiscono, prevede che meno di un kaone su dieci miliardi decada in questo modo. L’esperimento NA62 è stato progettato e costruito appositamente per misurare questo decadimento dei kaoni. “Con questa misura, K+ → π p+νν diventa il più raro decadimento stabilito a livello di scoperta, il famoso 5 sigma”, ha commentato Cristina Lazzeroni, professoressa di fisica delle particelle all’Università di Birmingham. “Questa difficile analisi è il risultato di un eccellente lavoro di squadra e sono estremamente orgogliosa di questo nuovo risultato”, ha continuato Lazzeroni. I kaoni sono prodotti da un fascio di protoni ad alta intensità fornito dal Super Proton Synchrotron, SPS, del CERN, che collide con un bersaglio stazionario. Questo crea un fascio di particelle secondarie con quasi un miliardo di particelle al secondo che volano nel rivelatore NA62, di cui circa il 6% sono kaoni carichi. Il rivelatore identifica e misura con precisione ogni kaone e i suoi prodotti di decadimento, ad eccezione dei neutrini che appaiono come energia mancante. “Questo è il culmine di un lungo progetto iniziato più di dieci anni fa”, ha commentato Giuseppe Ruggiero, dell’Università di Firenze. “Cercare in natura effetti che hanno probabilità di verificarsi dell’ordine di 10-11 è affascinante e impegnativo”, ha proseguito Ruggiero. “Dopo un lavoro rigoroso e minuzioso, abbiamo ottenuto una splendida ricompensa per i nostri sforzi e un risultato atteso da tempo”, ha aggiunto Ruggiero. Il nuovo risultato si basa sulla combinazione dei dati raccolti dall’esperimento NA62 nel 2021 e nel 2022 e di un risultato pubblicato in precedenza, basato sul set di dati del 2016 e del 2018.  Il set di dati del 2021 e 2022 è stato raccolto in seguito a una serie di aggiornamenti del setup di NA62, che hanno permesso di operare con un’intensità del fascio superiore del 30% e con diversi rivelatori nuovi e migliorati. Gli aggiornamenti hardware, combinati con tecniche di analisi perfezionate, hanno permesso di raccogliere candidati segnali a una velocità superiore del 50% rispetto al passato, aggiungendo al contempo nuovi strumenti per sopprimere gli sfondi. Un gruppo di scienziati dell’Università di Birmingham, attualmente guidato da Evgueni Goudzovski, si è unito all’esperimento NA62 nella fase di progettazione nel 2007, svolgendo un ruolo centrale nella collaborazione. “Attirare i migliori talenti e offrire posizioni di responsabilità ai ricercatori alle prime armi è sempre stata la priorità del gruppo”, ha dichiarato Goudzovski. “Siamo orgogliosi che sia l’attuale coordinatore della fisica NA62 che l’attuale coordinatore della misura K+ → π p+νν siano ex dottorandi di Birmingham”, ha sottolineato Goudzovski. “È un privilegio lavorare e guidare un team così energico e costruttivo”, ha precisato Goudzovski. Il gruppo di ricerca sta studiando il decadimento K+ → π p+νν perché è molto sensibile alla nuova fisica che va oltre la descrizione SM. Questo rende il decadimento uno dei processi più interessanti per la ricerca di prove di nuova fisica. La frazione di kaoni che decadono in un pione e due neutrini è misurata in circa 13 su 100 miliardi. Questo dato corrisponde alle previsioni del SM, ma è superiore di circa il 50%. Ciò potrebbe essere dovuto a nuove particelle che aumentano la probabilità di questo decadimento, ma sono necessari ulteriori dati per confermare questa idea. L’esperimento NA62 sta attualmente raccogliendo dati e gli scienziati sperano di poter confermare o escludere la presenza di nuova fisica in questo decadimento entro i prossimi anni. (30Science.com)