L’esperimento LHCb e il gruppo di Bologna

Con i sui venti metri di lunghezza, tredici di larghezza e dieci di altezza, il rivelatore LHCb, uno dei quattro grandi esperimenti in presa dati all’acceleratore Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, ha lo scopo di investigare alcuni misteri dell’Universo e rispondere, per esempio, alla seguente domanda: perché all’origine dell’Universo, pochi istanti dopo il Big Bang, materia e antimateria esistevano in egual misura ed oggi l’antimateria è completamente scomparsa? Per rispondere a questa domanda l’esperimento LHCb studia le minuscole differenze fra materia e antimateria attraverso il decadimento di particelle elementari contenenti i quark chiamati beauty e charm e formatesi a seguito delle collisioni di protoni ad altissime energie ad LHC.

Il legame fra una particella e la sua corrispondente anti-particella prende il nome di simmetria “CP” (azione combinata dell’inversione di carica e della riflessione spaziale). Se la particella e la corrispondente antiparticella si comportano allo stesso modo rispetto alle leggi della fisica, allora si dice che la simmetria di CP è rispettata, altrimenti è violata.  Mediante l’esperimento LHCb è possibile misurare la simmetria di CP e nel caso in cui sia largamente violata spiegare il motivo dell’assenza di antimateria nell’Universo.     

Vista interna dell’esperimento LHCb. Il lungo tubo in primo piano è un tratto della beam pipe che attraversa il rivelatore LHCb. Al suo interno circolano i protoni in entrambe le direzioni con velocità prossime a quelle della luce. Intorno alla beam pipe è posizionato il magnete di LHCb, in grado di produrre un campo magnetico d’intensità massima di circa 1 Tesla.

Ad oggi, diverse misure sperimentali, comprese alcune realizzate dall’esperimento LHCb e dai ricercatori di Bologna, hanno permesso di misurare la violazione di CP. Tuttavia, la quantità di asimmetria osservata non è sufficiente a spiegare l’assenza di antimateria nelle nostre galassie. Questo ha una sola implicazione: l’Universo deve essere costituito non solo dalle particelle che fino ad oggi abbiamo rivelato e studiato, ma anche da una classe di nuove particelle e antiparticelle che si comportano in maniera “molto” diversa rispetto alle leggi della natura e che quindi violano la simmetria di CP molto di più delle particelle ordinarie. L’esistenza di questa nuova classe di particelle elementari permetterebbe anche di spiegare perché l’Universo è costituito in gran parte dalla cosiddetta Materia Oscura, cioè da particelle non ancora rivelate. Infatti diverse osservazioni astronomiche affermano con certezza che il 95% della materia di cui è costituito l’Universo è fatto di particelle elementari non ancora conosciute e chiamate quindi Materia Oscura. LHCb ha come obiettivo principale quello di poter dimostrare l’esistenza di questa nuova classe di particelle elementari non previste dal Modello Standard.

Questa immagine ha l'attributo alt vuoto; il nome del file è lhcb_collaboration.jpgLa collaborazione LHCb è costituita da circa 850 scienziati appartenenti a 80 Università e laboratori sparsi in tutto il Mondo.

Il gruppo LHCb-bologna partecipa alla collaborazione LHCb da oltre un ventennio ed è composto da circa 15 membri, tra ricercatori, tecnologi, assegnisti, dottorandi e laureandi sia magistrali che triennali. Ha un ruolo di primo piano nell’analizzare i dati forniti dall’esperimento LHCb con lo scopo di misurare la violazione di CP ed cercare di osservare in maniera indiretta l’esistenza di nuove particelle, contribuendo ad ottenere risultati di primaria importanza come la scoperta della violazione di CP nel decadimento dei mesoni B0s e nel decadimento dei mesoni D0. L’osservazione della violazione di CP nel decadimento del mesone B0s è stata scelta come editor’s suggestion dalla rivista Physics Review Letter, mentre quella nel decadimento dei mesoni D0 è stata considerata dalla rivista Physics World come una delle 10 finaliste per il premio Physics World 2019 Breakthrough. Oltre all’analisi dati, il gruppo LHCb-Bologna si occupa di calcolo scientifico, di attività legate alla Data Acquisition System (DAQ) dell’esperimento LHCb, dello sviluppo dell’elettronica di acquisizione dati del calorimetro, dello sviluppo di un nuovo calorimetro per il futuro upgrade dell’esperimento LHCb per la fase High-Luminosity di LHC, quando la luminosità sarà ulteriormente incrementata.     

Responsabile locale INFN

Angelo Carbone           email:  angelo.carbone@bo.infn.it

Sito web del gruppo di Bologna

LHCb web site