Lo specchio dell’Universo rivela una nuova imperfezione. Alcune particelle gemelle si sono scomposte in forme diverse, mentre avrebbero dovuto  mantenere la propria uguaglianza anche in questa trasformazione. Il fenomeno è stato osservato da un gruppo di scienziati, con una vasta partecipazione di fisici dell’INFN, all’esperimento LHCb dell’acceleratore di particelle Large Hadron Collider al CERN di Ginevra.

Lo studio, che viene pubblicato su Physics Review Letter, ha osservato questo comportamento in un tipo di particelle chiamato mesoni Bs, composti da un cosiddetto quark “bello” (beauty) e da un quark “strano” (strange). Per la prima volta, l’esperimento LHCb è stato in grado di osservare una differenza - un’asimmetria di comportamento -  tra i decadimenti dei mesoni Bs e delle loro particelle gemelle (ma con cariche opposte) di antimateria, i mesoni anti-Bs.

Perché è importante questo fenomeno? Il mondo che ci circonda è composto di materia mentre non vi è traccia tangibile della presenza di antimateria. Eppure la fisica teorica ci dice che l’Universo,  immediatamente dopo il Big Bang, doveva essere costituito da eguali quantità di materia e antimateria. Il fatto che successivamente l’antimateria sia completamente scomparsa è uno degli enigmi più affascinanti della scienza. Ora. grazie alle collisioni che si realizzano all’interno di un acceleratore di particelle, qual è LHC, oggi i fisici sono in grado di produrre quotidianamente migliaia di miliardi di particelle di antimateria. E possono studiare con precisione il loro comportamento, confrontandolo con quello delle gemelle di materia. Se particelle e antiparticelle avessero proprietà esattamente speculari - nel gergo tecnico dei fisici: se la simmetria CP fosse esattamente conservata - non vi sarebbe motivazione apparente per giustificare la scomparsa dell’antimateria dall’Universo. Senonché negli esperimenti si osservano piccole asimmetrie di comportamento tra materia e antimateria.

Però, le violazioni di CP finora osservate (per esempio nell’esperimento BaBar negli USA) sono a energie troppo basse per giustificare la scomparsa totale di antimateria. Secondo i fisici deve esistere a scale di energia più elevate di quelle esplorate fino ad oggi, una qualche nuova sorgente di violazione della simmetria CP di maggiore entità. E’ qui che entra in gioco l’esperimento LHCb. Nelle collisioni ad altissima energia prodotte da LHC, assieme a miriadi di particelle meno nobili, sono generate alcune particelle particolari denominate mesoni Bs, insieme alle rispettive antiparticelle anti-Bs, che si prestano in modo ideale allo studio dell’asimmetria di comportamento tra materia e antimateria.
Ricostruendo un campione di circa 1065 decadimenti di questi mesoni, LHCb ha rivelato che in 676 casi i mesoni anti-Bs scompaiono (in gergo tecnico “decadono”) producendo una coppia di mesoni K e pioni, rispettivamente carichi positivamente e negativamente. Ci si aspettava che i mesoni Bs di materia ordinaria producessero anche loro un numero uguale di decadimenti identici (con cariche invertite). Invece è accaduto solo in 389 casi. Una bella differenza.

“L’entità di questa asimmetria di comportamento è molto grande – spiega Vincenzo Vagnoni dell’INFN di Bologna e uno dei firmatari dell’articolo - e la misura effettuata da LHCb apre un nuovo settore d’indagine che potrà portare, con l’aumento della precisione statistica, una migliore comprensione dei fenomeni alla base della violazione della simmetria CP, e possibilmente alla scoperta di nuovi effetti che possano finalmente spiegare il mistero della scomparsa di antimateria dal nostro Universo”.

Ufficio Stampa INFN