La bibbia della fisica delle particelle sta morendo per un aggiornamento. E i fisici potrebbero avere la cosa giusta: alcune particelle e forze potrebbero guardarsi allo specchio e non riconoscersi. Ciò, di per sé, invierebbe il cosiddetto Modello standard in una contropunta.
Quasi tutte le reazioni fondamentali tra le particelle subatomiche dell'universo sembrano uguali quando vengono capovolte in uno specchio. Si dice quindi che l'immagine speculare, chiamata parità, sia simmetrica o simmetrica di parità, in fisica.
Certo, non tutti seguono le regole. Sappiamo che, ad esempio, le reazioni che coinvolgono la debole forza nucleare, che è anche strana per tutta una serie di altre ragioni, viola la simmetria della parità. Quindi è ovvio che altre forze e particelle nel mondo quantico sono anche infrangenti in questo settore.
I fisici hanno alcune idee su queste altre ipotetiche reazioni che non sembrerebbero uguali allo specchio e quindi violerebbero la simmetria di parità. Queste strane reazioni potrebbero indicarci una nuova fisica che potrebbe aiutarci a superare il Modello Standard di fisica delle particelle, il nostro attuale riassunto di tutte le cose subatomiche.
Sfortunatamente, non vedremo mai la maggior parte di queste strane reazioni nei nostri demolitori e laboratori di atomi. Le interazioni sono troppo rare e deboli per essere rilevate con i nostri strumenti, che sono sintonizzati su altri tipi di interazioni. Ma potrebbero esserci alcune rare eccezioni. I ricercatori del più grande atomizzatore al mondo, il Large Hadron Collider (LHC), situato vicino a Ginevra, hanno cercato queste rare interazioni. Finora sono usciti a mani vuote, ma anche quel risultato è illuminante. Quei risultati negativi aiutano a eliminare le inutili ipotesi dalla considerazione, consentendo ai fisici di concentrarsi su strade più promettenti nella caccia alla nuova fisica.
Specchio, specchio delle mie brame
Uno dei concetti più importanti in tutta la fisica è quello della simmetria. Si potrebbe anche ragionevolmente sostenere che i fisici sono solo cacciatori di simmetria. Le simmetrie rivelano le leggi fondamentali della natura che regolano il funzionamento più interno della realtà. La simmetria è un grosso problema.
Quindi, cos'è? Una simmetria significa che se si modifica un elemento in un processo o in un'interazione, il processo rimane lo stesso. I fisici affermano quindi che il processo è simmetrico rispetto a quel cambiamento. Sono volutamente vago qui perché ci sono così tanti diversi tipi di simmetria. Ad esempio, a volte è possibile modificare il segno delle cariche sulle particelle, a volte è possibile eseguire processi in avanti o indietro nel tempo e talvolta è possibile eseguire una versione speculare del processo.
Quest'ultimo, guardando un processo allo specchio, è chiamato simmetria della parità. La maggior parte delle interazioni subatomiche in fisica ti dà lo stesso esatto risultato, sia che si effettuino proprio davanti a te o allo specchio. Ma alcune interazioni violano questa simmetria, come la debole forza nucleare, specialmente quando i neutrini sono prodotti in interazioni che coinvolgono quella forza.
I neutrini ruotano sempre "all'indietro" (in altre parole, l'asse della loro rotazione punta lontano dalla loro direzione di movimento), mentre gli antineutrini ruotano "in avanti" (il loro asse di rotazione punta dritto mentre volano intorno). Ciò significa che ci sono differenze molto sottili nel numero di neutrini e antineutrini prodotti quando si esegue un esperimento regolare, rispetto a un esperimento capovolto che si basa sulla debole forza nucleare.
Specchi rotti
Per quanto ne sappiamo, la debole forza nucleare e la debole forza nucleare da sola violano la simmetria della parità. Ma forse non è solo.
Sappiamo che la fisica oltre ciò che attualmente comprendiamo deve esistere. E alcune di quelle idee e concetti ipotetici violano anche la simmetria della parità. Ad esempio, alcune di queste teorie prevedono sottili asimmetrie nelle interazioni altrimenti normali che coinvolgono i tipi di particelle che l'LHC esamina in genere.
Naturalmente, queste idee ipotetiche sono esotiche, complesse e molto difficili da testare. E in molti casi, non siamo esattamente sicuri di cosa stiamo cercando.
Il problema è che mentre sappiamo che la nostra attuale concezione del mondo delle particelle, chiamato Modello Standard, è incompleta, non sappiamo dove cercare la sua sostituzione. Molti fisici speravano che l'LHC avrebbe rivelato qualcosa - una nuova particella, una nuova interazione, qualsiasi cosa - che ci avrebbe indirizzato verso qualcosa di nuovo ed eccitante, ma finora tutte quelle ricerche sono fallite.
Molte delle precedenti teorie di prima linea su ciò che va oltre il Modello standard (come la supersimmetria) vengono lentamente escluse. È qui che la violazione della simmetria di parità potrebbe tornare utile.
Quasi tutte le estensioni ipotetiche comuni al Modello standard includono la limitazione che solo la debole forza nucleare viola la simmetria di parità. (Questo è inserito nella matematica fondamentale dei modelli, nel caso ti stessi chiedendo come funziona.) Ciò significa che concetti come supersimmetria, assioni e leptoquark mantengono questa simmetria che si spezza esattamente dove si trova, e in nessun altro luogo.
Ma guarda, gente, se queste estensioni comuni non stanno andando fuori, forse è il momento di allargare i nostri orizzonti.
Peeling back parità
Per questo motivo, un team di ricercatori ha cercato violazioni della parità in una cache di dati rilasciati dall'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) presso l'LHC; hanno dettagliato i loro risultati in uno studio pubblicato il 29 aprile sul server di prestampa arXiv. Questa è stata una ricerca piuttosto complicata, dal momento che l'LHC non è davvero impostato per cercare violazioni della parità. Ma i ricercatori hanno saputo escogitare un modo per farlo esaminando gli avanzi nelle interazioni tra altre particelle.
Il risultato: non sono stati trovati suggerimenti di violazione della parità. Evviva per il modello standard (di nuovo). Anche se è un po 'deludente che questa ricerca non abbia aperto una nuova frontiera della fisica, aiuterà a chiarire le ricerche future. Se continuiamo a cercare e ancora non troviamo prove di violazione della parità al di fuori della debole forza nucleare, allora sappiamo che qualunque cosa si trovi al di là del Modello standard deve avere alcune delle stesse strutture matematiche di quella teoria di sostegno e consentire solo alla debole forza nucleare di aspetto diverso allo specchio.
