Perché viviamo in un universo fatto di materia anziché di antimateria rimane ancora un mistero. Uno degli ingredienti chiave per trovare una spiegazione a questa asimmetria risiede nello studio di un particolare processo chiamato violazione della simmetria CP. La collaborazione scientifica dell’esperimento LHCb all’acceleratore Large Hadron Collider del CERN, che conta ad oggi circa 1800 ricercatori e ricercatrici provenienti da tutto il mondo, inclusa una consistente componente dell’INFN, ha presentato ieri, 24 marzo, nel corso di un seminario all’annuale conferenza Rencontres de Moriond, la prima osservazione di violazione di CP nei decadimenti barionici, ossia nei decadimenti che coinvolgono le particelle composte da tre quark che costituiscono il tipo di materia di cui è fatto tutto l’universo visibile. Le differenze nelle proprietà della materia e dell’antimateria che derivano dalla violazione di CP erano state già osservate in passato nei decadimenti dei mesoni K, B e D, composti da una coppia quark-antiquark contenente rispettivamente quark strange, beauty e charm. Ma, nonostante decenni di ricerche sperimentali, la violazione di CP non era ancora mai stata osservata nei decadimenti dei barioni. LHCb, studiando i decadimenti del barione Λb0 ha ottenuto un valore numerico dell’asimmetria CP pari a (2,45 ± 0,46 ± 0,10) %, che differisce da zero di 5,2 deviazioni standard. Il valore maggiore di 5 deviazioni standard implica l’osservazione della violazione di CP. Il risultato è descritto in un articolo sottomesso a Nature e già disponibile online su arXiv.
Il fenomeno 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, ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1980. All’epoca la scoperta rappresentò una sorpresa sconcertante per la comunità della fisica delle particelle che credeva fermamente che la simmetria CP non venisse violata. Nei primi anni ’70, basandosi sulle fondamenta gettate alcuni anni prima in particolare da Nicola Cabibbo, Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa si resero conto che la violazione di CP poteva essere inclusa naturalmente nel quadro teorico che oggi conosciamo come Modello Standard della fisica delle particelle, a condizione che in natura esistessero almeno sei quark diversi. La loro idea fondamentale è stata alla fine confermata tre decenni dopo grazie all’osservazione della violazione di CP nei decadimenti delle particelle con quark b da parte delle collaborazioni degli esperimenti BaBar al laboratorio SLAC negli Stati Uniti, e Belle al laboratorio KEK in Giappone, che ha portato all’assegnazione del premio Nobel per la fisica del 2008 a Kobayashi e Maskawa.
Nel Modello Standard, l’esistenza e il valore complessivo della violazione di CP sono determinate da un singolo parametro, sebbene la sua manifestazione in un particolare decadimento sia influenzata da diversi altri parametri. I valori di questi parametri fondamentali possono essere determinati sperimentalmente misurando molti diversi processi di violazione di CP.
“L’insieme combinato di queste misure, molte delle quali sono state eseguite da LHCb, concorda molto bene con le previsioni del Modello Standard per tutti gli effetti di violazione di CP finora noti nella fisica delle particelle”, spiega il responsabile internazionale dell’esperimento LHCb Vincenzo Vagnoni, ricercatore della Sezione di Bologna dell’INFN. “Ma questo ancora non ci soddisfa, perché la nostra missione è trovare effetti di una nuova fisica oltre il Modello Standard”.
La prima osservazione in assoluto della violazione di CP in un decadimento barionico apre ora la strada a ulteriori indagini teoriche e sperimentali sulla sua natura, offrendo potenzialmente nuovi vincoli per modelli oltre il Modello Standard.
