Le strane scoperte di Desy

Un nuova forza, una nuova particella, una nuova teoria. Gli “eventi” osservati al Deutsches Elektronen-Synchtron (Desy) di Amburgo potrebbero rivoluzionare la fisica delle alte energie. E cambiare la visione che si ha del mondo microscopico. A partire dal 1994 nei tunnel di Desy vengono fatti scontrare protoni e positroni (le antiparticelle dell’elettrone). Lo scopo è di far urtare con grande violenza leptoni e quark, i due tipi di particelle che, per ora, rappresentano i costituenti elementari della materia. I protoni sono composti di tre quark e il positrone appartiene alla famiglia dei leptoni. Nell’esperimento di Amburgo il positrone penetra nel protone e urta uno dei quark. Lo scontro è regolato dalla interazione elettrodebole, la forza che unifica l’eletromagnetismo e la forza nucleare debole. Del tutto estranea all’urto è invece la forza nucleare forte, che pure ha un ruolo fondamentale all’interno dei protoni. E’ proprio grazie all’interazione forte che i tre quark rimangono confinati nel piccolo volume del protone. Per effetto dell’interazione elettrodebole i positroni ribalzano sui quark e vengono deviati. Ma l’effetto rimbalzo diminuisce all’aumentare dell’angolo di deviazione: è molto raro che un antielettrone venga respinto all’indietro, verso la direzione di provenienza. Questo almeno prevede il Modello Standard, la costruzione teorica messa a punto negli anni Sessanta e Settanta per spiegare il bizzarro mondo delle particelle elementari. Ad Amburgo però il Modello Standard sembra non valere. Nelle collisioni tra protoni e positroni verificatesi dal ‘94 a oggi sono state registrate anomalie non attribuibili a fluttuazioni statistiche. Sono stati respinti all’indietro molti più positroni del previsto. Le misurazioni sono molto accurate e gli “eventi” sono stati osservati in due rivelatori di particelle diversi, H1 e Zeus, installati su Desy. I team internazionali di H1 e Zeus hanno analizzato i dati accumulati negli ultimi tre anni facendo scontrare positroni con una energia di 27,5 miliardi di elettronvolt e protoni con un’energia 820 miliardi di elettronvolt. Proprio le grandi energie in gioco hanno dato origine a fenomeni imprevisti durante quelli che i fisici chiamano “neutral current deep inelastic scattering” (urti altamente anelastici da correnti neutre). La complicata definizione si riferisce al positrone che penetra nel protone (urto anelastico) e interagisce con un quark attraverso le particelle neutre (correnti neutre) che trasmettono l’interazione elettrodebole, i fotoni e le Z-zero. Il Modello Standard descrive in dettaglio questo effetto ma non prevede che i positroni possano essere respinti all’indietro. Eppure, quando Desy accelera le particelle a sufficienza, questo avviene. “Gli eventi che abbiamo osservato”, discono i fisici del laboratorio tedesco, “hanno una probabilità su cento di essere contemplati dal Modello Standard”. Si tratta solo di indizi, ma mettono per la prima volta in dubbio l’infallibilità di un apparato teorico a lungo ritenuto definitivo. Se le osservazioni di Amburgo verranno confermate il Modello Standard dovrà essere riveduto e corretto. Innanzitutto per introdurre una nuova forza che spieghi l’anomala interazione tra positroni e quark. “Ma le forze”, spiega Luciano Maiani, presidente dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), “sono trasportate da particelle. E se c’è una nuova forza ci deve anche essere una nuova particella che la trasmette”. Qualcuno l’ha già battezzata lepto-quark.