La sottile differenza tra materia e antimateria

I supercomputer come Blue Gene/Q al Brookhaven National Laboratory sono stati determinanti per ottenere in tempi ragionevoli i risultati della simulazione. Utilizzando un semplice portatile, per ottenere gli stessi dati ci sarebbero voluti 2.000 anni!

La materia di cui siamo composti non sembra poi essere così abbondante nel computo complessivo di tutti gli “ingredienti” che costituiscono l’universo: appena il quattro o cinque per cento del totale. Se c’è poca materia ordinaria, sembra addirittura essere del tutto assente il suo ‘alter ego’, ovvero l’antimateria. Da decenni i fisici si interrogano su questa marcata asimmetria, poiché la teoria del Big Bang prevede che il contenuto di materia e antimateria inizialmente presente nell’universo dovesse essere identico. Gli scienziati hanno così iniziato a sospettare che, tutto sommato, materia e antimateria potessero mostrare proprietà leggermente diverse, in particolar modo quelle legate ai processi di decadimento delle particelle. Così, i progressivi affinamenti al Modello Standard, la nostra migliore teoria che descrive il mondo subatomico, portarono gli scienziati ad affermare che, in effetti, la Natura poteva mostrare una piccolissima preferenza nel preservare la materia ordinaria nelle trasformazioni delle particelle. Detta in modo più rigoroso, alcuni decadimenti di particelle avrebbero permesso una violazione della simmetria CP (dove le lettere C e P stanno per Carica e Parità, rispettivamente). Teorie poi confermate nel 1964 con esperimenti condotti nel laboratorio di Brookhaven (USA) e, nel 2000-2001, al CERN e al Fermi National Accelerator Laboratory (anch’esso negli Stati Uniti). Le due conferme sperimentali hanno riguardato altrettanti aspetti della violazione CP, osservata tramite decadimenti del mesone k (anche detto kaone): la prima di tipo ‘indiretto’, la seconda di tipo ‘diretto’, un fenomeno quest’ultimo assai più elusivo, che si può riscontrare in una manciata di decadimenti per ogni milione.

Proprio su questo raro processo stanno indagando alcuni fisici del Brookhaven National Laboratory, coinvolti in un progetto pluriennale di simulazioni al calcolatore per ricostruire nel maggior dettaglio possibile l’entità della violazione diretta CP. La prima parte dell’indagine è stata presentata dal team nel 2012, ma solo oggi, con il completamento del secondo livello di elaborazione – centinaia di volte più accurato – gli scienziati hanno a disposizione risultati più dettagliati, da confrontare con i dati sperimentali finora raccolti in laboratorio soprattutto negli ultimi 15 anni. Risultati che vengono pubblicati oggi in un articolo sulla rivista Physical Review Letters.

«Il nostro approccio è particolarmente importante per testare le predizioni del Modello Standard, poiché il limitato numero di eventi legati a questo effetto aumenta la possibilità che possano emergere nuovi, differenti fenomeni» dice Robert Mawhinney, della Columbia University. I risultati di queste simulazioni, che hanno richiesto l’utilizzo di supercomputer per oltre 200 milioni di ore di calcolo complessive, confermano per adesso lo scenario descritto dal Modello Standard. Ma le sorprese, secondo i ricercatori, potrebbero ancora arrivare.

«Anche se i risultati emersi da questi calcoli sulla violazione CP diretta sono in accordo con le misure sperimentali, non mostrando inconsistenze con il Modello Standard, abbiamo già lanciato nuove simulazioni che dovrebbero fornirci dati cento volte più accurati nei prossimi due anni» commenta Peter Boyle, dell’Università di Edimburgo. «Questa prospettiva lascia aperta la possibilità di scoprire finalmente nuovi fenomeni, non descritti dal Modello Standard». E così, trovare magari una convincente risposta al perché nell’universo osserviamo questa netta asimmetria tra materia e antimateria che lo stesso Modello Standard, così com’è, non riesce ancora a spiegare.

Fonte: Media INAF | Scritto da Marco Galliani