L'esperimento del muone g-2 pone nuovi vincoli su una proprietà proibita dei muoni

Gli scienziati che lavorano all'esperimento Muon g-2 al Fermilab hanno annunciato un nuovo vincolo su una rara proprietà dei muoni nota come momento dipolo elettrico (EDM). I risultati, basati su un'analisi del 25% dei dati raccolti durante l'esecuzione dell'esperimento, rappresentano la ricerca diretta più sensibile per un muon EDM fino ad oggi. Pubblicato sul server di pre-stampa arxiv, lo studio segna la prima ricerca di questo tipo condotta al Fermilab e solo la terza negli ultimi cinque decenni a livello globale. La collaborazione Muon g-2, che opera al Fermilab dal 2008, si concentrava in precedenza sulla misurazione del momento dipolo magnetico del muone, una proprietà descritta dalla lettera g.

Questo lavoro è culminato con un importante annuncio l'anno scorso riguardante l'anomalia magnetica del muone. Ora, utilizzando la stessa infrastruttura e i dati, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione ad un'altra potenziale proprietà del muone: il suo EDM. L'esperimento prevede l'invio di fasci di anti-muoni in un anello di stoccaggio magnetico superconduttore, dove viaggiano a velocità vicine alla luce. Queste particelle decadono dopo che la loro vita è estesa da effetti relativistici, consentendo agli scienziati di studiare il loro comportamento in dettaglio. I rivelatori che circondano l'anello catturano i prodotti di decadimento, fornendo informazioni sul movimento dei muoni e le interazioni con i campi magnetici ed elettrici.

L'EDM è una misura della separazione delle cariche positive e negative all'interno di una particella. Se presente, suggerirebbe una violazione di alcune simmetrie fondamentali della fisica, potenzialmente offrendo indizi sullo squilibrio materia-antimateria osservato nell'universo. Secondo gli ultimi risultati, se esiste un muone EDM, deve essere più piccolo della soglia di rilevazione corrente dell'esperimento.

"Se si imposta tutto e si sintonizzano tutti i parametri dell'esperimento per misurare il momento dipolare magnetico al meglio possibile, c'è anche, casualmente, una certa sensibilità al momento dipolare elettrico", ha detto. L'esperimento Muon g-2 si basa su una versione precedente condotta al Brookhaven National Laboratory, che si è conclusa nel 2001. L'iterazione di Fermilab include miglioramenti che migliorano la precisione e riducono gli errori sistematici. L'acceleratore di protoni ad alta energia dell'impianto produce i fasci di muoni necessari per l'esperimento, mentre i sistemi di tracciamento avanzati registrano le traiettorie delle particelle. La ricerca di EDM svolge un ruolo cruciale nella fisica delle particelle.

Il modello standard stesso prevede che l'EDM di un muone sarebbe troppo piccolo per essere misurato con la tecnologia attuale. Pertanto, qualsiasi valore diverso da zero trovato segnalerebbe l'esistenza di forze o particelle sconosciute che influenzano il comportamento del muone. Gavin Hesketh, un altro co-dirigente dell'analisi EDM dell'Università di Liverpool, ha sottolineato che l'obiettivo principale dell'esperimento g-2 è la nuova fisica non correlata all'asimmetria materia-antimateria. Tuttavia, la misurazione EDM offre una via complementare per esplorare fenomeni inspiegabili nell'universo.

La capacità dell'esperimento di sondare l'EDM deriva dalle condizioni estreme in cui vengono studiati i muoni. Le loro velocità relativistiche amplificano sia la loro durata di vita che i campi elettrici che sperimentano, aumentando la probabilità di rilevare effetti EDM anche minuti. Questo miglioramento consente ai ricercatori di testare teorie che prevedono deviazioni dal modello standard. Con i dati attuali, il team ha stabilito limiti più rigorosi sul muone EDM, preparando il terreno per ulteriori indagini man mano che saranno disponibili più dati. Studi futuri si baseranno sull'intero set di dati raccolti durante l'operazione dell'esperimento, che promette di perfezionare ulteriormente questi vincoli.

I ricercatori prevedono che le prossime analisi continueranno a spingere i confini di ciò che può essere misurato con l'apparato Muon g-2. Mentre la collaborazione si prepara a pubblicare risultati più dettagliati, i fisici di tutto il mondo attendono le implicazioni di questi risultati per la nostra comprensione delle particelle fondamentali e delle leggi che le governano.