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L’antimateria riapre un test della fisica fermo da 35 anni
La collaborazione BESIII ha misurato di recente un decadimento dell'iperone lambda sfruttando il legame quantistico con la sua partner di antimateria. La tecnica riapre un test sperimentale rimasto quasi inattivo per 35 anni: il valore ottenuto è compatibile con la teoria convenzionale, mentre entra in tensione con le misure precedenti.
I protoni e i neutroni che costituiscono gran parte della materia ordinaria sono formati dai quark up e down. L'iperone lambda contiene anche un quark strange, una particella instabile che può trasformarsi in un quark up attraverso l'interazione debole. Lo studio di questa trasformazione permette di verificare con precisione le regole impiegate dalla fisica delle particelle per descrivere i decadimenti.
Il problema sperimentale era l'impossibilità di determinare alcune caratteristiche del decadimento con gli approcci utilizzati in passato. BESIII ha aggirato l'ostacolo usando la partner di antimateria dell'iperone come una sorta di etichetta. Le due particelle condividono infatti uno stato di entanglement quantistico, perciò l'osservazione dell'una fornisce informazioni utili per analizzare l'altra.
Il termine tag non indica quindi una marcatura applicata materialmente alla particella. Si tratta di una procedura di ricostruzione: le correlazioni tra lambda e antilambda permettono di riconoscere il decadimento e di ricavare proprietà che altrimenti rimarrebbero nascoste. L'analisi sfrutta anche la polarizzazione, ossia l'orientamento quantistico associato alle particelle coinvolte.
Grazie a questa strategia, il gruppo ha determinato un parametro di decadimento che non riceveva un esame sperimentale comparabile da circa tre decenni e mezzo. Il risultato concorda con le previsioni della teoria convenzionale, ma non con le precedenti misurazioni. La discrepanza non costituisce automaticamente la prova di nuova fisica: indica prima di tutto che i vecchi dati e la nuova misura devono essere confrontati con attenzione.
Il lavoro è stato pubblicato su Nature, nel volume 657, alle pagine 92-97. La pubblicazione sottoposta a revisione paritaria descrive l'impiego congiunto di polarizzazione ed entanglement nei decadimenti semileptonici dei barioni. Per stabilire definitivamente l'origine della tensione saranno comunque preziose ulteriori misure indipendenti e verifiche delle incertezze sperimentali.
Il risultato rafforza, limitatamente al parametro esaminato, la compatibilità con il Modello Standard. Mostra inoltre come l'antimateria possa diventare uno strumento di misura, anziché essere soltanto l'oggetto dell'esperimento. Una trasformazione rara del quark strange torna così accessibile e offre ai fisici un nuovo punto di confronto fra dati e teoria.
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