La gravità rompe CP

La rotazione della Via Lattea corresponsabile della prevalenza della materia sull’antimateria?

di Andrea Signori

Dopo aver gettato uno sguardo alla struttura microscopica dello spaziotempo, torniamo al rapporto tra gravità e meccanica quantistica. Nel precedente articolo abbiamo parlato di come gli effetti quantistici plasmino, al di sotto della scala di Planck, l’arena dei fenomeni fisici. Accade anche il contrario? Potrebbe la gravità “influenzare” il mondo quantistico, in particolare la teoria dei campi, substrato matematico della fisica delle particelle elementari? In modo controintuitivo, la risposta potrebbe essere sì.

Lo documenta la recente ricerca di Mark Hadley, fisico dell’Università di Warwick. In un articolo da poco pubblicato su “Europhysics Letters”, lo scienziato propone una parziale soluzione a uno dei misteri più affascinanti: come mai nell’universo prevale la materia sull’antimateria? Secondo Hadley potrebbe essere in parte responsabilità del frame dragging (di cui abbiamo già parlato), l’effetto di distorsione dello spaziotempo provocato dalla rotazione di un corpo celeste, di recente confermato sperimentalmente dalla missione Gravity Probe-B.

Tecnicamente gli scienziati, per riferirsi al comportamento asimmetrico fra materia e antimateria, parlano di “rottura della simmetria CP”. Che significa? Formalmente si ha a che fare con le proprietà di trasformazione della grandezza base del modello matematico: la funzione lagrangiana. Più semplicemente, immaginiamo P e C come trasformazioni che agiscono sulla realtà fisica. P (la parità) scambia destra e sinistra, sopra e sotto. C (la coniugazione di carica) sostituisce a ogni particella la propria antiparticella. “Rottura della simmetria CP” significa che, se applichiamo prima P e poi C alle formule che descrivono un certo processo fisico, il risultato ottenuto sarà diverso da quello di partenza. Cioè non c’è simmetria tra “mondo” e “antimondo al rovescio”.

Secondo il Modello Standard, il decadimento del mesone B avviene in modo differente nel mondo e nell'antimondo. (Cortesia: Accademia Nazionale Svedese delle Scienze)

Ti chiederai che cosa c’entri questo con la prevalenza della materia nell’universo. Ebbene, l’asimmetria nelle leggi fisiche si riscontra, tra l’altro, anche per i tempi di decadimento delle particelle (studi approfonditi sono stati eseguiti sui mesoni neutri K, B, D). La prevalenza della materia potrebbe essere riconducibile almeno in parte ai decadimenti più veloci dell’antimateria rispetto alla sua controparte. Il Modello Standard della fisica delle particelle descrive, attraverso la matrice CKM, le differenze tra materia e antimateria correttamente, cioè compatibilmente con i risultati sperimentali. Però secondo Hadley questo non è sufficiente: “Il Modello Standard introduce le violazioni di CP in modo compatibile con i dati sperimentali. Non ne indica però la sorgente. In ultima analisi, i risultati nei nostri laboratori potrebbero essere frutto della ‘torsione’ dello spaziotempo prodotta dalla rotazione della galassia in cui viviamo”.

Rappresentazione di fantasia del frame dragging della Via Lattea: davvero influenza i modi e i tempi di decadimento delle particelle? (Cortesia: University of Warwick / M.A. Garlick)

Tralasciando i tecnicismi (che per il fisico teorico, però, sono tanto importanti quanto l’idea di base), la ricerca mostra come la rotazione di un corpo con grande massa produrrebbe tempi di decadimento differenti per una particella e per il suo antipartner. Quindi in prossimità di pianeti, stelle o galassie in rotazione quegli effetti che cataloghiamo come “violazioni di CP” potrebbero essere più intensi che altrove. E’ Hadley stesso, del resto, a riconoscere i limiti della propria ricerca: “Pur essendo un buon passo avanti nello studio delle cause della violazione di CP, non è certo sufficiente a districare il problema della asimmetria tra materia e antimateria su scala universale”. Il pregio di questa teoria sta soprattutto nella sua falsificabilità. Rianalizzando le migliaia di dati sperimentali registrati dalle collaborazioni BaBar, Kek e altre ancora, si capirà se effettivamente esiste una correlazione tra il moto rotatorio della galassia in cui viviamo e i tempi di decadimento delle particelle.

Attendiamo i risultati: in caso di insuccesso, si accettano nuove proposte.