Misurazione dell’Anomalia Magnetica del Muone
Gli scienziati del Fermi National Accelerator Laboratory, parte del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, hanno recentemente pubblicato la loro terza e conclusiva misurazione dell’anomalia magnetica del muone. Questo risultato rappresenta un significativo avanzamento nella precisione delle misurazioni, raggiungendo un valore straordinario di 127 parti per miliardo. Questo traguardo supera di gran lunga l’obiettivo inizialmente fissato per il progetto. La misurazione finale si basa su un’analisi approfondita di tre anni di dati, raccolti tra il 2021 e il 2023, e integra anche dataset precedentemente pubblicati. Grazie a questo ampliamento, la quantità di dati utilizzati per il risultato del 2023 è più che triplicata, consentendo alla collaborazione di conseguire l’obiettivo di precisione stabilito nel 2012. Le migliorie apportate all’esperimento, in particolare verso la conclusione della sua seconda fase di raccolta dati, hanno ulteriormente elevato la qualità delle informazioni ottenute. Peter Winter, fisico dell’Argonne National Laboratory e portavoce della collaborazione Muon g-2, ha commentato che questo è un momento estremamente emozionante, poiché non solo hanno raggiunto i loro obiettivi, ma li hanno anche superati, il che è un’impresa notevole per misurazioni di tale precisione.
Il Ruolo del Muone nella Fisica delle Particelle
L’esperimento Muon g-2 si concentra sull’analisi del sottile “dondolio” dei muoni, particelle fondamentali che, pur essendo simili agli elettroni, possiedono una massa circa 200 volte superiore. Questo fenomeno di precessione è regolato da una proprietà nota come g-factor, il quale viene calcolato dai fisici teorici in base al Modello Standard della fisica delle particelle. L’anomalia magnetica, che dà il nome all’esperimento (g-2)/2, racchiude gli effetti di tutte le particelle previste dal Modello Standard. Da decenni, l’anomalia magnetica del muone rappresenta un rigoroso banco di prova per la validità del Modello Standard. Le prime misurazioni effettuate presso il Brookhaven National Laboratory alla fine degli anni ’90 e all’inizio degli anni 2000 avevano suggerito una potenziale discrepanza rispetto alle previsioni teoriche, alimentando così speculazioni sull’esistenza di particelle ancora sconosciute. Questo ha portato al trasferimento dell’anello di stoccaggio magnetico dell’esperimento da Brookhaven a Fermilab nel 2013, con la raccolta dei dati che ha preso avvio il 31 maggio 2017.
Collaborazione Internazionale e Sviluppi Teorici
In parallelo agli sforzi sperimentali, è stata istituita l’iniziativa internazionale Muon g-2 Theory, con l’obiettivo di affinare i calcoli teorici relativi all’anomalia magnetica. Nel 2020, questo gruppo ha pubblicato un valore aggiornato del Modello Standard, basato su tecniche guidate dai dati. Tuttavia, la discrepanza con i risultati sperimentali è rimasta evidente nel 2021, quando Fermilab ha rilasciato i suoi primi risultati, confermando le osservazioni di Brookhaven con una precisione migliorata. In quel periodo, è emersa anche una nuova previsione teorica, sviluppata attraverso tecniche computazionalmente intensive, che ha ridotto il divario con le misurazioni sperimentali. Più recentemente, l’iniziativa teorica ha presentato una nuova previsione che combina i risultati di diversi gruppi di ricerca, utilizzando approcci computazionali avanzati. Questo nuovo risultato teorico si avvicina maggiormente alle misurazioni sperimentali, attenuando in parte le evidenze dirette di nuova fisica suggerite dall’esperimento Muon g-2. La misurazione del momento magnetico anomalo, o g-2, del muone è cruciale poiché fornisce un test sensibile e rigoroso del Modello Standard della fisica delle particelle. Regina Rameika, direttrice associata del DOE per l’Ufficio della Fisica delle Alte Energie, ha dichiarato che questo è un risultato entusiasmante, e vedere un esperimento giungere a una conclusione definitiva con una misurazione di precisione è davvero straordinario.
Prospettive Future e Nuove Misurazioni
Sebbene l’analisi principale dell’esperimento Muon g-2 sia giunta al termine, rimangono ancora dati preziosi da esplorare, frutto di sei anni di operazioni. La collaborazione prevede di produrre misurazioni relative al momento dipolare elettrico del muone e di condurre test di simmetria di carica, parità e inversione temporale in futuro. Nel frattempo, l’iniziativa teorica continuerà a lavorare per riconciliare le incongruenze tra i diversi approcci di previsione teorica. Un esperimento futuro, previsto presso il Japan Proton Accelerator Research Complex, si propone di effettuare un’altra misurazione dell’anomalia magnetica del muone all’inizio degli anni 2030, anche se inizialmente non ci si aspetta che raggiunga lo stesso livello di precisione del risultato storico di Fermilab. Come è stato per decenni, il momento magnetico del muone continua a rappresentare un rigoroso punto di riferimento per il Modello Standard. Simon Corrodi, fisico assistente presso Argonne e coordinatore dell’analisi per Muon g-2, ha concluso affermando che il nuovo risultato sperimentale getta nuova luce su questa teoria fondamentale, stabilendo un punto di riferimento per qualsiasi nuovo calcolo teorico futuro. Questo risultato è stato concluso con successo.
