I Fisici delle Particelle Si Affacciano per la Prima Volta sul ‘Zeptoverso’
Il Large Hadron Collider (LHC) del CERN ha per anni fatto collidere protoni con risultati significativi. Recentemente, tuttavia, una collisione ha prodotto un esito improbabile che rappresenta il primo passo verso l’esplorazione del cosiddetto “zeptoverso”, una scala di realtà infinitamente più piccola di un atomo. Questa scoperta potrebbe portare all’esplorazione del mondo fisico alla sua scala più ridotta mai indagata, sfidando potenzialmente le nostre attuali concezioni della fisica.
Scontrando protoni a velocità prossime a quella della luce, gli scienziati del CERN hanno trovato prove di uno dei decadimenti di materia più improbabili: un fenomeno talmente raro che i fisici speravano di osservarlo da oltre quarant’anni. La collisione ha generato numerose particelle, tra cui alcuni mesoni B neutri, e i ricercatori hanno rilevato segnali indicanti che uno di questi era decaduto in un muone e un antimuone.
I mesoni decadono costantemente. Queste minuscole particelle, più piccole degli atomi, nascono dalle collisioni tra altre particelle ed esistono solo per brevi istanti prima di trasformarsi. I muoni, d’altra parte, sono simili agli elettroni presenti negli atomi, ma circa 200 volte più pesanti. Gli scienziati studiano queste particelle e i loro decadimenti per testare le previsioni della fisica attuale e cercare indizi su particelle sconosciute.
Il Modello Standard – la “bibbia” della fisica delle particelle – predice che per ogni 10 miliardi di decadimenti di mesoni B neutri, questa specifica trasformazione avverrà solo una volta. In altre parole, anche osservando 10 miliardi di questi decadimenti, ci si aspetterebbe di trovare in media un solo muone e antimuone. Questa scoperta rappresenta la prima volta che un esperimento ottiene prove di questo fenomeno, i cui dettagli sono stati resi disponibili dai ricercatori in un preprint su arXiv.
«I fisici hanno inseguito questo decadimento per oltre 40 anni», ha affermato Marco Santimaria, co-leader del team di analisi internazionale, in un comunicato stampa del CERN. «È richiesta una precisione estrema per individuare i muoni dall’impressionante rumore di fondo».
La straordinaria rarità di questo processo spiega perché ci siano voluti decenni di ricerca per arrivare a questa scoperta. Tuttavia, anche gli aggiornamenti al Large Hadron Collider nel 2024 hanno reso possibile l’osservazione di questo fenomeno. Il rinnovamento ha permesso una raccolta dati più rapida, e le nuove tecniche di apprendimento automatico hanno consentito ai ricercatori di «sopprimere il vasto rumore di fondo di processi che altrimenti avrebbero sommerso i segnali di questi rari decadimenti di particelle beauty», come descritto dal CERN nella sua dichiarazione.
Questo decadimento apre una nuova strada per indagare i limiti di ciò che gli scienziati sono stati in grado di osservare. Per ora, i risultati sono coerenti con le attuali previsioni fisiche, ma future misurazioni potrebbero rivelare fenomeni unici dello zeptoverso, che descrive la scala in cui le distanze sono misurate in zeptometri (equivalenti a un quadrilionesimo di metro). Per dare un’idea di questa unità, un atomo tipico ha un diametro di circa 100.000 milioni di zeptometri. Questa è anche circa la differenza di dimensione tra una persona e una delle sue cellule cutanee.
Oltre lo zeptoverso si trovano scale ancora più piccole, come la lunghezza di Planck, che è circa 60 trilioni di volte più piccola di uno zeptometro ed è la più piccola unità teoricamente possibile in fisica. Gli scienziati non sanno ancora se esista qualcosa a quel livello, ma si ritiene generalmente che la fisica, come la conosciamo, si annulli completamente a quella scala. Tuttavia, se gli scienziati potessero accedere a questo micromondo, potrebbe aiutarci a comprendere la prima infinitesimale frazione di secondo dopo il Big Bang, quando l’intero universo aveva una dimensione così ridotta.
Ma, per ora, gran parte di ciò che potrebbe accadere lì rimane nel regno della speculazione.