Il Modello Standard è in crisi
Il Modello Standard, lo schema teorico sviluppato negli anni ’60 e ’70 dai fisici (premi Nobel) Steven Weinberg, Abdus Salam e Sheldon Glashow, spiega in modo unitario le teorie sulla materia. Ora però è entrato in crisi. Diversi esperimenti lasciano intravedere spiragli verso nuove teorie più profonde, potenzialmente capaci di rivoluzionare la nostra visione dell'Universo.
L’universo immaginato in un gioco di specchi: forse esistono altre forme di materia “simmetriche” a quella a noi nota, che compaiono nelle teorie fisiche come in un gioco di specchi. Gli scienziati cercano di dimostrarne l’esistenza.
“Nella scienza non c’è niente di nuovo da scoprire: rimane solo da fare misure sempre più precise”. Lo disse nel 1900 Lord Kelvin, uno dei fisici più eminenti della sua epoca, quando sembrava che la meccanica di Newton e l’elettromagnetismo potessero spiegare tutta la realtà fisica. Pochi anni dopo, però, la meccanica quantistica e la relatività rivoluzionarono le vecchie idee di spazio, tempo e materia.
Oggi siamo in una situazione simile: tutti gli innumerevoli dati generati dagli esperimenti di fisica subnucleare, infatti, si possono spiegare con un unico schema teorico, il Modello Standard. Tanto che il giornalista scientifico Usa John Horgan ha affermato, come fece Kelvin un secolo fa, che l’epoca delle grandi rivoluzioni scientifiche è ormai tramontata. Negli ultimi mesi, tuttavia, le certezze del Modello Standard hanno cominciato a vacillare di fronte ai risultati di alcuni esperimenti, che lasciano intravedere spiragli verso nuove teorie più profonde, potenzialmente capaci di rivoluzionare ancora una volta la nostra visione del mondo; e spiegare, tra l’altro, perché l’universo è pieno di stelle e di pianeti invece di… nulla.
Punti chiave
Per ogni particella di materia esiste un “negativo” di antimateria che dovrebbe essere esattamente speculare.
Un esperimento negli Usa ha osservato una violazione netta della simmetria tra materia e antimateria.
Una nuova “supersimmetria”, in cui esistono 5 bosoni di Higgs (“particelle di Dio”), potrebbe spiegare l’anomalia.
Annichilita. Tanto per cominciare, stando al Modello Standard, noi stessi non dovremmo esistere: secondo questa teoria, infatti, il Big Bang produsse uguali quantità di materia e antimateria, che avrebbero dovuto “annichilirsi”, cioè annullarsi a vicenda generando un lampo di pura energia. Se questo fosse vero, l’universo oggi sarebbe un mare di radiazione privo di atomi e quindi senza stelle, né pianeti. E invece non è andata così: una frazione di secondo dopo il Big Bang, materia e antimateria si annichilirono sì, generando un lampo di radiazione che ancora oggi permea l’universo; ma la materia era più abbondante, e ne avanzò quel tanto che è bastato a costituire il mondo che conosciamo.
Nuova scoperta. Il fatto stesso che noi esistiamo, dunque, è di per sé incompatibile con il Modello Standard, e di questo gli scienziati erano consapevoli già da tempo. Però la validità del Modello Standard è comprovata oltre ogni dubbio da innumerevoli esperimenti. Come fare, allora, a spiegare la prevalenza di materia nell’universo?
Una possibile risposta è stata annunciata recentemente da un’équipe del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) di Chicago, che ha osservato una maggior produzione di materia nel corso di alcuni processi subnucleari nei quali, stando al Modello Standard, materia e antimateria avrebbero dovuto equivalersi o quasi. La scoperta è il risultato di un esperimento chiamato D0, al quale lavorano da molti anni oltre 500 scienziati provenienti da 18 Paesi, con l’obiettivo principale di scoprire il bosone di Higgs, la “particella di Dio”, responsabile della comparsa della massa delle particelle (vedi la parte "La genesi del Cosmo" nell'articolo "La nuova mappa dell'universo").
Più materia che antimateria
Secondo la teoria “ufficiale” dei fisici, il mondo non dovrebbe esistere.
Nell’esperimento, che raccoglie dati dal 2002, si studiano gli scontri tra fasci di protoni e antiprotoni (il loro “negativo”) generati artificialmente e lanciati gli uni contro gli altri nell’acceleratore di particelle Tevatron. Questi urti microscopici generano particelle di varia natura, tra cui alcune dette “mesoni B”, e le corrispettive antiparticelle, gli “antimesoni B”. Questi corpuscoli sono instabili per natura: “oscillano” in continuazione trasformandosi da mesoni in antimesoni e viceversa, per poi disintegrarsi generando altre particelle. In particolare, il mesone B si può disintegrare producendo un “muone”, cioè una particella simile all’elettrone ma con massa maggiore, mentre l’antimesone B produce un antimuone. Alla fine, se la simmetria tra materia e antimateria fosse perfetta, negli scontri si produrrebbe un’uguale quantità di mesoni e antimesoni, che in media resterebbe invariata nel tempo. Negli scontri del Tevatron, dunque, si dovrebbe osservare anche una uguale produzione di muoni e antimuoni. E invece non è così: «Osserviamo l’1% in più di muoni, cioè di materia» spiega Gregorio Bernardi, coordinatore scientifico dell’esperimento.
Le nuove ipotesi
L’1% sembra una quantità piccola, ma non lo è: è 50 volte più del massimo compatibile con il Modello Standard. Il margine di incertezza sul risultato (del 30%), però, è ancora troppo elevato per trarre conclusioni definitive e dovrà essere confermato con un maggior numero di osservazioni per migliorare la statistica dei dati.
Potrebbe bastare questo esperimento a spiegare la “vittoria” della materia sull’antimateria nelle primissime fasi di vita del cosmo? «Forse, ma ancora non lo sappiamo» risponde Bernardi. «I teorici stanno effettuando i calcoli per determinarlo».
Il lavoro, per i teorici, non finisce qui. Anzi, è qui che comincia. Se il risultato sarà confermato, infatti, e visto che il Modello Standard non può spiegarlo, bisognerà trovare una nuova teoria capace di farlo.
«L’ipotesi più accreditata è la supersimmetria» spiega Bernardi. Cioè una proprietà che associa, a ogni particella del Modello Standard un partner “supersimmetrico” di natura diversa.
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