LHC rileva un'asimmetria cruciale tra materia e antimateria

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Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 17 luglio 2025

Rappresentazione artistica di un barione beauty-lambda, composto da un quark up, un quark down e un quark beauty. [Immagine: Daniel Dominguez/CERN]

Violazione della parità di carico

Gli scienziati del Large Hadron Collider (LHC) hanno identificato per la prima volta una differenza nel comportamento della materia e dell'antimateria nelle particelle subatomiche che costituiscono la maggior parte dell'Universo osservabile.

Il Big Bang avrebbe dovuto creare quantità uguali di materia e antimateria, ma nell'Universo attuale non ne vediamo praticamente nessuna. Una chiave per spiegare il perché risiede nell'individuazione di una differenza nel comportamento di materia e antimateria, nota come violazione della parità di carica.

Il team del rivelatore LHCb ha ora osservato questa differenza per la prima volta in una classe di particelle subatomiche chiamate barioni, che include neutroni e protoni, che a loro volta costituiscono i nuclei atomici. In altre parole, la violazione della parità di carica è stata riscontrata nelle particelle che costituiscono la maggior parte della materia che possiamo osservare nell'Universo.

Questa asimmetria nel comportamento di materia e antimateria è prevista dal Modello Standard della fisica ed è stata osservata sperimentalmente per oltre 60 anni nelle particelle subatomiche chiamate mesoni (bosoni, pioni e kaoni sono esempi di mesoni), ma non era mai stata osservata prima nei barioni. A differenza dei mesoni, che sono composti da due quark, i barioni sono composti da tre quark.

"Il motivo per cui ci è voluto più tempo per osservare la violazione di CP nei barioni che nei mesoni è dovuto all'entità dell'effetto e ai dati disponibili", ha spiegato Vincenzo Vagnoni, portavoce di LHCb. "Avevamo bisogno di una macchina come l'LHC in grado di produrre un numero sufficientemente grande di barioni e delle loro controparti di antimateria, e avevamo bisogno di un esperimento su quella macchina in grado di identificare i loro prodotti di decadimento. Ci sono voluti più di 80.000 decadimenti barionici per osservare per la prima volta l'asimmetria materia-antimateria in questa classe di particelle."

Illustrazione della produzione di barioni in una collisione e del loro decadimento. [Immagine: 10.1038/s41586-025-09119-3]

Dov'è finita tutta l'antimateria?

L'asimmetria di parità di carica rivela una differenza di comportamento tra materia barionica e antimateria. Sebbene questa violazione fosse stata prevista, non risolve il problema dello squilibrio materia-antimateria nell'Universo.

In effetti, l'entità della violazione prevista dal Modello Standard è circa 10 ordini di grandezza inferiore (1 x ¹⁰⁻¹⁰ ) rispetto a quella necessaria per spiegare l'asimmetria materia-antimateria osservata nell'Universo. Ciò suggerisce l'esistenza di nuove fonti di violazione della parità di carica oltre a quelle previste dal Modello Standard. La ricerca di queste ulteriori violazioni è una parte importante del programma di fisica dell'LHC, ma la mancanza di risultati finora ottenuti indica che rimarrà l'obiettivo dei futuri acceleratori che potrebbero succedergli.

In ogni caso, scoprire sperimentalmente i dettagli di questa violazione offrirà indizi importanti, aprendo opportunità per ulteriori studi teorici e sperimentali sulla natura della violazione della parità di carica. Queste scoperte aprono potenzialmente la strada alla ricerca di nuova fisica oltre il Modello Standard.

"Quanto più sistemi osserviamo violazioni di CP e quanto più precise sono le misurazioni, tanto più opportunità abbiamo di testare il Modello Standard e di cercare la fisica al di là di esso", ha concluso Vagnoni.

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