È stata misurata per la prima volta, con una significatività statistica di 3,3 sigma, un’asimmetria nei decadimenti dei barioni, particelle che costituiscono la maggior parte della materia che conosciamo. In particolare, la misura riguarda i barioni chiamati Λb0, la cui massa è circa 6 volte quella dei neutroni, e sono composti di tre quark, di cui uno pesante, detto quark beauty. La ricerca, che viene pubblicata oggi sulla rivista Nature Physics, è stata condotta a LHCb, uno dei quattro grandi esperimenti all’acceleratore LHC del CERN, ed è stato possibile realizzarla grazie alle alte prestazioni del rivelatore. Questo risultato mostra, come ci si aspettava, che le leggi della natura sono diverse anche per la materia e l’antimateria barioniche. L’effetto misurato, conosciuto come violazione della simmetria CP (dove C rappresenta l’operatore che indica la carica e che trasforma particelle in antiparticelle, e P inverte le coordinate spaziali), era stato osservato nei decadimenti dei mesoni K e B, particelle composte di due quark, e la sua scoperta nel 1964 valse il premio Nobel a James Cronin e Valery Fitch. La violazione di CP ha importanti implicazioni sul meccanismo di evoluzione dell’universo, perché ha portato da uno stato di simmetria iniziale tra materia e antimateria al momento del Big Bang, alla totale assenza di antimateria che osserviamo oggi.
“Ora dovremo proseguire nella raccolta dei dati per incrementare la statistica della misura e approfondire il dettaglio del nostro studio”, commenta Alessandro Cardini, ricercatore dell’INFN e responsabile nazionale dell’esperimento LHCb. “Si tratta, infatti, di un risultato di notevole interesse scientifico, – prosegue Cardini – perché apre a un nuovo settore di indagine per lo studio della violazione di CP, quello dei barioni pesanti”. “C’è quindi grande soddisfazione perché è una nuova conferma delle alte prestazioni di LHCb, e in particolare per noi italiani perché la misura è stata condotta da un gruppo di ricercatori dell’INFN”.
“Questa misura è iniziata come tesi di laurea “esplorativa” che avevo proposto a un valido studente e alla fine è diventata la misura principale dell’intero gruppo di ricerca”, spiega Nicola Neri, ricercatore dell’INFN e primo firmatario dell’articolo pubblicato su Nature Physics “Siamo stati impegnati a lungo con l’analisi dei dati e una serie infinita di controlli prima di pubblicare i risultati, – prosegue Neri – è stata una bella soddisfazione, ma occorre essere cauti perché abbiamo misurato una prima evidenza dell’effetto ed è necessaria una conferma con ulteriori dati per dire l’ultima parola.” I risultati sono stati presentati alla comunità scientifica alla conferenza ICHEP, tenutasi ad agosto a Chicago, la più importante dell’anno, e sono stati discussi in diversi seminari al CERN per approfondire le possibili implicazioni di questa misura e progettarne altre per gli anni a venire.
L’esperimento LHCb si sta preparando a un upgrade del rivelatore per raccogliere una quantità di dati circa 10 volte maggiore di quella attuale e consentire misure più precise delle asimmetrie tra materia e antimateria, così da condurre test ancora più stringenti del modello standard delle particelle elementari, e rispondere a molte domande ancora senza risposta, in particolare sull’evoluzione dell’universo.
Measurement of matter-antimatter differences in beauty baryon decays, arxiv.org
