Una volta particella di materia, sempre particella di materia. O no. Grazie a un capriccio della fisica quantistica, quattro particelle conosciute costituite da due quark diversi – come il mesone D elettricamente neutro composto da un quark charm e un antiquark up – possono oscillare spontaneamente nei loro partner di antimateria e viceversa.
In un seminario tenutosi il 26 marzo al CERN, la collaborazione LHCb presso il Large Hadron Collider (LHC) ha presentato i risultati della sua ultima ricerca sull’asimmetria materia-antimateria nell’oscillazione del mesone D neutro, che, se trovata, potrebbe aiutare a far luce sul misterioso squilibrio materia-antimateria nell’universo.
La forza debole del Modello Standard della fisica delle particelle induce un'asimmetria tra materia e antimateria, nota come violazione di CP, nelle particelle contenenti quark. Tuttavia, queste fonti di violazione di CP sono difficili da studiare e non sono sufficienti a spiegare lo squilibrio materia-antimateria nell’universo, portando i fisici sia a cercare nuove fonti sia a studiare quelle conosciute meglio che mai.
Nel loro ultimo sforzo, i ricercatori dell’LHCb si sono rimboccati le maniche per misurare con una precisione senza precedenti una serie di parametri che determinano l’oscillazione materia-antimateria del mesone D neutro e consentono la ricerca della violazione CP nell’oscillazione, finora non osservata ma prevista.
La collaborazione aveva precedentemente misurato lo stesso insieme di parametri, che sono collegati al decadimento del mesone D neutro in un kaone con carica positiva e un pione con carica negativa, utilizzando il set di dati completo della Run 1 dell'LHC e un set di dati parziale da Corri 2.
Questa volta, il team ha analizzato l'intero set di dati della Run-2 e, combinando il risultato con quello dell'analisi precedente, escludendo il set di dati parziale della Run-2, ha ottenuto le misurazioni più precise dei parametri fino ad oggi: il totale l’incertezza della misurazione è 1.6 volte inferiore all’incertezza più piccola ottenuta in precedenza da LHCb.
I risultati sono coerenti con studi precedenti, confermando l’oscillazione materia-antimateria del mesone D neutro e non mostrando alcuna prova di violazione CP nell’oscillazione. I risultati richiedono analisi future di questo e di altri decadimenti del mesone D neutro utilizzando i dati della terza esecuzione dell’LHC e del suo aggiornamento pianificato, l’LHC ad alta luminosità.
Altri decadimenti del mesone D neutro di interesse includono il decadimento in una coppia di due kaoni o due pioni, in cui i ricercatori di LHCb hanno osservato per la prima volta la violazione CP in particelle contenenti quark charm, e il decadimento in un kaone neutro e una coppia di pioni, con cui LHCb ha misurato la velocità di oscillazione materia-antimateria della particella. Nessuna strada dovrebbe essere lasciata inesplorata nella ricerca di indizi sullo squilibrio materia-antimateria nell’universo e su altri misteri cosmici.