Prima osservazione della violazione di CP nel charm


Novità sul fronte della comprensione della violazione di CP, ingrediente fondamentale per spiegare l’asimmetria materia-antimateria presente nell’universo. L’esperimento LHCb, uno dei quattro grandi rivelatori installati presso il tunnel sotterraneo dell’acceleratore LHC del CERN, ha effettuato una misura che, a detta del Direttore della Ricerca del CERN, Eckhard Elsen, in un comunicato stampa diramato stamane dai laboratori di Ginevra, rappresenta una pietra miliare nella storia della fisica delle particelle.

L’analisi dei dati è stata realizzata dal gruppo di Bologna dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che fa parte della collaborazione internazionale LHCb. Per la prima volta, è stata osservata nei decadimenti delle particelle charm (ossia particelle che contengono un quark c) un’asimmetria di comportamento rispetto alle rispettive antiparticelle. Questo fenomeno, denominato in gergo tecnico violazione della simmetria CP, è stato identificato studiando i decadimenti dei mesoni D0, composti in particolare da un quark c (charm) e un quark u (up). Il risultato, che ha una significatività statistica di 5.3 sigma è stato presentato oggi, 21 marzo, alla conferenza Rencontres de Moriond EW e in un seminario al CERN trasmesso in webcast, dai ricercatori della Sezione INFN e dell’Università di Bologna Federico Betti e Angelo Carbone.

 Il fenomeno della violazione di CP fu osservato per la prima volta nel 1964 nel decadimento dei mesoni K neutri, e i due fisici che fecero la scoperta, James Cronin e Val Fitch, furono insigniti del premio Nobel per la fisica nel 1980. A quel tempo, la scoperta rappresentò una grande sorpresa per la comunità dei fisici delle particelle, allora fermamente convinta che la simmetria CP non potesse essere violata. Si poneva, quindi, il problema di come inserirla nella descrizione matematica della teoria. Un primo contributo teorico, successivamente rivelatosi fondamentale per lo sviluppo di una descrizione completa del fenomeno, venne fornito in un celebre articolo del 1963 da Nicola Cabibbo. Partendo dalle fondamenta gettate da Cabibbo, i giapponesi Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa realizzarono all’inizio degli anni '70 che la violazione di CP poteva essere inclusa nel quadro teorico che oggi conosciamo come Modello Standard della fisica delle particelle elementari, a condizione che esistessero in natura almeno sei diversi tipi di quark. L’idea fu confermata definitivamente tre decenni dopo con la scoperta della violazione di CP nei decadimenti delle particelle beauty da parte degli esperimenti BaBar negli Stati Uniti e Belle in Giappone, risultato che condusse al riconoscimento del premio Nobel per la fisica nel 2008 a Kobayashi e Maskawa. Dopo un ulteriore decennio di lavoro è stato finalmente possibile osservare la violazione di CP anche per le particelle contenenti charm.

 Questa misura apre la strada alla ricerca di possibili nuovi processi di violazione di CP nelle particelle charm. La ricerca prosegue dunque nel suo intento di scovare effetti che evidenzino l’incompletezza del Modello Standard nella descrizione della realtà fisica, per aprire nuovi orizzonti alla conoscenza dei meccanismi di funzionamento del nostro universo.