CP: la rottura è anomala

Lo confermano le ultime analisi al Tevatron

di Andrea Signori

Alcune settimane fa si è parlato di come il frame-dragging possa rompere la simmetria CP delle leggi fisiche, “rottura” alla base della prevalenza della materia sull’antimateria nell’universo. Vediamo ora gli aggiornamenti.

La simmetria CP è un concetto proprio del mondo quantistico. Non una cosa sotto il nostro naso, insomma. Seppur ben nascosta ai nostri occhi, governa un “disequilibrio fondamentale”. La sua sorgente? Una bella domanda, alla cui risposta gli scienziati lavorano da anni.

Il Modello Standard della fisica delle particelle ne fornisce una descrizione in sé coerente, ma non pienamente compatibile con i dati sperimentali: al Tevatron, il collisionatore adronico (prossimo alla pensione) presso il Fermilab, nell’Illinois, la collaborazione D0 ne ha ottenuto un’ulteriore conferma.

Uno spaccato del detector D0. (Cortesia: Fermilab)

In un articolo pubblicato su “Physical Review Letters” gli scienziati riportano l’analisi dei decadimenti di mesoni B, prodotti scontrando protoni e antiprotoni, in adroni e leptoni. Osservando in particolare l’abbondanza di muoni (leptoni m) e antimuoni è possibile studiare la “asimmetria di carica”, una quantità indizio di eventuali prevalenze dei muoni sugli antimuoni (o viceversa).

Ebbene, gli scienziati americani hanno ottenuto un valore incompatibile con la previsione teorica del Modello Standard. Sia quest’ultima teoria sia l’esperimento condotto al Tevatron confermano la prevalenza dei muoni sugli antimuoni. Ma su quanto prevalgano c’è forte disaccordo fra teoria ed esperimento: a spanne, c’è più del 90 per cento di possibilità che il Modello Standard sia incompleto. E già lo sapevamo: non è una novità.

La rottura di CP descritta in funzione di due "parametri di asimmetria": la banda blu descrive i risultati sperimentali con il loro errore (una deviazione standard), mentre il puntino rappresenta la predizione del Modello Standard. Incompatibili, vero? (Cortesia: D0 Collaboration)

Il risultato pubblicato è già stato raffinato statisticamente. Infatti l’esperimento è già stato ripetuto incrementando del 50 per cento i dati utilizzati per le prime analisi. Attingendo a piene mani ai dati collezionati dal Tevatron in anni di collisioni fra protoni e antiprotoni, il fenomeno non si è “sgonfiato”. Anzi, ha preso sempre più forma. Il merito è da attribuire anche alle fattezze del detector impiegato: la sua struttura “mobile” ha permesso di cancellare parte degli errori sistematici, rendendo le misurazioni precise e accurate.

Quest’esperimento sancisce quanto le violazioni della simmetria CP siano effettivamente anomale rispetto alle previsioni del Modello Standard. Ma non ci si deve aspettare di più: l’energia delle collisioni (1,96 TeV nel centro di massa) non è sufficiente per sondare la nuova fisica annidata dietro l’anomalia riscontrata. In più, come già sappiamo, il Tevatron verrà spento in settembre.

A chi l’ardua sentenza, dunque? L’LHC, naturalmente. Infatti il grande collisionatore adronico ospita, tra gli altri, LHCb, esperimento votato allo studio dei decadimenti del quark bottom e dei suoi composti, con l’obiettivo di approfondire proprio la misteriosa simmetria CP. “I tempi sono maturi perché l’LHC possa fare il suo ingresso in scena”, commenta Valerie Gibson, portavoce per l’Inghilterra dell’esperimento LHCb. “Abbiamo raccolto un numero di dati sufficiente per approfondire queste anomalie”. I più recenti risultati sono stati presentati alla recente Europhysics Conference on High Energy Physics, svoltasi presso Grenoble. Altre news probabilmente verranno da una conferenza simile in programma a Mumbai per la fine di agosto, al convegno Lepton Photon 2011 di Mumbai, in India.

Abazov, V., Abbott, B., Abolins, M., Acharya, B., Adams, M., Adams, T., Aguilo, E., Alexeev, G., Alkhazov, G., Alton, A., Alverson, G., Alves, G., Ancu, L., Aoki, M., Arnoud, Y., Arov, M., Askew, A., Åsman, B., Atramentov, O., Avila, C., BackusMayes, J., Badaud, F., Bagby, L., Baldin, B., Bandurin, D., Banerjee, S., Barberis, E., Barfuss, A., Baringer, P., Barreto, J., Bartlett, J., Bassler, U., Beale, S., Bean, A., Begalli, M., Begel, M., Belanger-Champagne, C., Bellantoni, L., Benitez, J., Beri, S., Bernardi, G., Bernhard, R., Bertram, I., Besançon, M., Beuselinck, R., Bezzubov, V., Bhat, P., Bhatnagar, V., Blazey, G., Blessing, S., Bloom, K., Boehnlein, A., Boline, D., Bolton, T., Boos, E., Borissov, G., Bose, T., Brandt, A., Brock, R., Brooijmans, G., Bross, A., Brown, D., Bu, X., Buchholz, D., Buehler, M., Buescher, V., Bunichev, V., Burdin, S., Burnett, T., Buszello, C., Calfayan, P., Calpas, B., Calvet, S., Camacho-Pérez, E., Cammin, J., Carrasco-Lizarraga, M., Carrera, E., Casey, B., Castilla-Valdez, H., Chakrabarti, S., Chakraborty, D., Chan, K., Chandra, A., Chen, G., Chevalier-Théry, S., Cho, D., Cho, S., Choi, S., Choudhary, B., Christoudias, T., Cihangir, S., Claes, D., Clutter, J., Cooke, M., Cooper, W., Corcoran, M., Couderc, F., Cousinou, M., Croc, A., Cutts, D., Ćwiok, M., Das, A., Davies, G., De, K., de Jong, S., De La Cruz-Burelo, E., Déliot, F., Demarteau, M., Demina, R., Denisov, D., Denisov, S., Desai, S., DeVaughan, K., Diehl, H., Diesburg, M., Dominguez, A., Dorland, T., Dubey, A., Dudko, L., Duggan, D., Duperrin, A., Dutt, S., Dyshkant, A., Eads, M., Edmunds, D., Ellison, J., Elvira, V., Enari, Y., Eno, S., Evans, H., Evdokimov, A., Evdokimov, V., Facini, G., Ferapontov, A., Ferbel, T., Fiedler, F., Filthaut, F., Fisher, W., Fisk, H., Fortner, M., Fox, H., Fuess, S., Gadfort, T., Garcia-Bellido, A., Gavrilov, V., Gay, P., Geist, W., Geng, W., Gerbaudo, D., Gerber, C., Gershtein, Y., Gillberg, D., Ginther, G., Golovanov, G., Goussiou, A., Grannis, P., Greder, S., Greenlee, H., Greenwood, Z., Gregores, E., Grenier, G., Gris, P., Grivaz, J., Grohsjean, A., Grünendahl, S., Grünewald, M., Guo, F., Guo, J., Gutierrez, G., Gutierrez, P., Haas, A., Haefner, P., Hagopian, S., Haley, J., Hall, I., Han, L., Harder, K., Harel, A., Hauptman, J., Hays, J., Hebbeker, T., Hedin, D., Heinson, A., Heintz, U., Hensel, C., Heredia-De La Cruz, I., Herner, K., Hesketh, G., Hildreth, M., Hirosky, R., Hoang, T., Hobbs, J., Hoeneisen, B., Hohlfeld, M., Hossain, S., Houben, P., Hu, Y., Hubacek, Z., Huske, N., Hynek, V., Iashvili, I., Illingworth, R., Ito, A., Jabeen, S., Jaffré, M., Jain, S., Jamin, D., Jesik, R., Johns, K., Johnson, C., Johnson, M., Johnston, D., Jonckheere, A., Jonsson, P., Juste, A., Kaadze, K., Kajfasz, E., Karmanov, D., Kasper, P., Katsanos, I., Kehoe, R., Kermiche, S., Khalatyan, N., Khanov, A., Kharchilava, A., Kharzheev, Y., Khatidze, D., Kirby, M., Kirsch, M., Kohli, J., Kozelov, A., Kraus, J., Kumar, A., Kupco, A., Kurča, T., Kuzmin, V., Kvita, J., Lammers, S., Landsberg, G., Lebrun, P., Lee, H., Lee, W., Lellouch, J., Li, L., Li, Q., Lietti, S., Lim, J., Lincoln, D., Linnemann, J., Lipaev, V., Lipton, R., Liu, Y., Liu, Z., Lobodenko, A., Lokajicek, M., Love, P., Lubatti, H., Luna-Garcia, R., Lyon, A., Maciel, A., Mackin, D., Madar, R., Magaña-Villalba, R., Mal, P., Malik, S., Malyshev, V., Maravin, Y., Martínez-Ortega, J., McCarthy, R., McGivern, C., Meijer, M., Melnitchouk, A., Menezes, D., Mercadante, P., Merkin, M., Meyer, A., Meyer, J., Mondal, N., Moulik, T., Muanza, G., Mulhearn, M., Nagy, E., Naimuddin, M., Narain, M., Nayyar, R., Neal, H., Negret, J., Neustroev, P., Nilsen, H., Novaes, S., Nunnemann, T., Obrant, G., Onoprienko, D., Orduna, J., Osman, N., Osta, J., Otero y Garzón, G., Owen, M., Padilla, M., Pangilinan, M., Parashar, N., Parihar, V., Park, S., Park, S., Parsons, J., Partridge, R., Parua, N., Patwa, A., Penning, B., Perfilov, M., Peters, K., Peters, Y., Petrillo, G., Pétroff, P., Piegaia, R., Piper, J., Pleier, M., Podesta-Lerma, P., Podstavkov, V., Pol, M., Polozov, P., Popov, A., Prewitt, M., Price, D., Protopopescu, S., Qian, J., Quadt, A., Quinn, B., Rangel, M., Ranjan, K., Ratoff, P., Razumov, I., Renkel, P., Rich, P., Rijssenbeek, M., Ripp-Baudot, I., Rizatdinova, F., Rominsky, M., Royon, C., Rubinov, P., Ruchti, R., Safronov, G., Sajot, G., Sánchez-Hernández, A., Sanders, M., Sanghi, B., Savage, G., Sawyer, L., Scanlon, T., Schaile, D., Schamberger, R., Scheglov, Y., Schellman, H., Schliephake, T., Schlobohm, S., Schwanenberger, C., Schwienhorst, R., Sekaric, J., Severini, H., Shabalina, E., Shary, V., Shchukin, A., Shivpuri, R., Simak, V., Sirotenko, V., Skubic, P., Slattery, P., Smirnov, D., Snow, G., Snow, J., Snyder, S., Söldner-Rembold, S., Sonnenschein, L., Sopczak, A., Sosebee, M., Soustruznik, K., Spurlock, B., Stark, J., Stolin, V., Stoyanova, D., Strang, M., Strauss, E., Strauss, M., Ströhmer, R., Strom, D., Stutte, L., Svoisky, P., Takahashi, M., Tanasijczuk, A., Taylor, W., Tiller, B., Titov, M., Tokmenin, V., Tsybychev, D., Tuchming, B., Tully, C., Tuts, P., Unalan, R., Uvarov, L., Uvarov, S., Uzunyan, S., Van Kooten, R., van Leeuwen, W., Varelas, N., Varnes, E., Vasilyev, I., Verdier, P., Vertogradov, L., Verzocchi, M., Vesterinen, M., Vilanova, D., Vint, P., Vokac, P., Wahl, H., Wang, M., Warchol, J., Watts, G., Wayne, M., Weber, G., Weber, M., Wetstein, M., White, A., Wicke, D., Williams, M., Wilson, G., Wimpenny, S., Wobisch, M., Wood, D., Wyatt, T., Xie, Y., Xu, C., Yacoob, S., Yamada, R., Yang, W., Yasuda, T., Yatsunenko, Y., Ye, Z., Yin, H., Yip, K., Yoo, H., Youn, S., Yu, J., Zelitch, S., Zhao, T., Zhou, B., Zhu, J., Zielinski, M., Zieminska, D., Zivkovic, L., & , . (2010). Evidence for an Anomalous Like-Sign Dimuon Charge Asymmetry Physical Review Letters, 105 (8) DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.081801