Scienza: da una nuova misurazione orizzonti teorici inediti per la Fisica

Può la tecnologia aiutare a riscrivere i ‘confini’ di un modello teorico in ambito scientifico? È quello che potrebbe succedere grazie a una nuova misurazione, la più precisa mai effettuata, del bosone W - una delle particelle fondamentali della Fisica per come la conosciamo oggi -: misurazione da cui risulta avere una massa molto superiore a quella prevista.

È questo infatti il risultato dell’esperimento CDF - Collider Detector svolto all’interno del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) di Batavia di cui l’Italia, con il coordinamento dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), è tra i fondatori insieme a Stati Uniti e Giappone.

La recente scoperta ha aperto un confronto, perché andrebbe in contrasto con il Modello Standard (SM) della Fisica che conosciamo: l’esistenza del bosone W infatti fu prevista negli anni ‘60, e venne confermata da Carlo Rubbia, a cui valse il premio Nobel per la fisica insieme a Simon van der Meer nel 1984.

Il bosone W è identificato come responsabile della “forza nucleare debole”, una delle forze fondamentali della fisica. Da qui il vincolo del parametro della massa del bosone W, che è un parametro all’interno del quadro teorico dello SM, al pari della carica dell’elettrone e delle masse di altre particelle: una misurazione accurata della massa del bosone W può fornire una valutazione rigorosa della coerenza delle previsioni del Modello Standard.

Ne consegue che, se l’operazione del peso realizzata attraverso gli acceleratori di particelle al Fermilab dovesse rivelarsi corretta, ci troveremmo di fronte a un nuovo orizzonte della teoria fisica, e forse a indicazioni su quali aree del Modello Standard migliorare e ampliare.

Questo perché la misurazione ad alta precisione - si è basata sull’osservazione e l’analisi di 4,2 milioni di particelle candidate W, il quadruplo rispetto a quelle dell’analisi pubblicata dalla stessa collaborazione nel 2012 - della massa del bosone W mostra come la particella risulti notevolmente più pesante di quanto si fosse creduto fino a questo momento.

Si tratta di un risultato straordinario del CDF, e il perché lo ha spiegato Giorgio Bellettini, ricercatore all’INFN e professore emerito all’Università di Pisa tra i fondatori di CDF e primo responsabile non statunitense dell’esperimento. Bellettini ha parlato di “una raffinata, puntigliosa analisi dei dati raccolti dall’esperimento”, grazie a cui la massa del bosone W “è stata misurata entro incertezze statistiche e sistematiche inferiori a quelle di tutte le precedenti misure combinate insieme”. 

Ora nuovi esperimenti dovranno verificare il risultato, e chiarire se la differenza tra il valore sperimentale e quello atteso è dovuta a qualche nuova particella o interazione subatomica.

Rimane, intanto, una certezza: quella del ruolo crescente dei gruppi italiani all’interno dell’esperimento CDF.

(Photo: Fermilab)