A caccia di nuova fisica


Il 7 aprile 2021 sono stati presentati i risultati ottenuti durante la prima di quattro run del Fermilab, dati che assieme a quelli ottenuti dal gruppo di Brookhaven venti anni fa, portano la discrepanza tra le attese teoriche e i dati sperimentali riguardo al fattore g-2 del muone a 4 deviazioni standard (la probabilità che tale disaccordo sia dovuto a fluttuazioni statistiche è di 1 su 40.000). Cosa rappresenta questa quantità fisica e perché tali risultati hanno avuto un forte impatto sulla comunità scientifica?


I muoni sono a tutti gli effetti degli elettroni 200 volte più pesanti e come tali, possedendo una carica elettrica, interagiscono con i campi elettromagnetici.

Il fattore “g”, studiato al Fermilab, è un fattore che ne caratterizza l’accoppiamento magnetico: l’equazione di Dirac prevedrebbe un fattore g=2 esatto per ogni particella elementare.

E’ tuttavia noto che tale risultato riceva delle piccole correzioni “quantistiche” che possiamo predire all’interno del modello fisico a noi conosciuto, e che rappresentano alcune delle misure più raffinate e precise che abbiamo sulla natura. Per l’elettrone, ad esempio, abbiamo un accordo su g-2 = 0.0023193043617(15), con deviazione standard (15) sulle ultime due cifre decimali.


A livello intuitivo, per comprendere meglio il significato di "g", può aiutare il seguente paragone: i moti di rotazione della luna, su se stessa e attorno alla Terra, sono tali per cui il satellite ci rivolge sempre la stessa "faccia" durante il ciclo lunare. Una particella elementare con g=2 esatto, possiede proprietà analoghe: se fatta ruotare in un acceleratore circolare mostra sempre lo stesso orientamento dello spin rispetto al centro del cerchio. Piccole deviazioni da 2 fanno in modo che all’aumentare dei giri queste particelle mostrino orientazioni dello spin diverse, con il procedere della particella all’interno dell’acceleratore.


Queste nuove discrepanze tra teoria ed esperimenti aprono le porte per nuove speculazioni su possibili estensioni del modello fisico che conosciamo. Quali altri nuovi sorprendenti risultati ci riserveranno le prossime run al Fermilab?


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