Scienziati vicini alla scoperta della “Quinta Forza” della natura

Grazie a un acceleratore di particelle sito nei pressi di Chicago gli scienziati del Fermilab hanno scoperto un comportamento anomalo in una particella subatomica chiamata muone. Secondo i ricercatori potrebbe essere influenzata da una forza sconosciuta, la “Quinta Forza” dell’Universo che rivoluzionerebbe la Fisica.

Un team di ricerca internazionale sarebbe a un passo dall’identificare la “Quinta Forza” della natura, un qualcosa di attualmente sconosciuto in grado di travalicare i principi del Modello Standard e riscrivere le leggi della Fisica. Si tratterebbe di una vera e propria rivoluzione, la scoperta più importante dell’ultimo secolo nel suo campo o comunque una delle più significative di sempre in ambito scientifico. La ragione è semplice: il Modello Standard, infatti, prevede perfettamente il comportamento delle particelle subatomiche che compongono tutto ciò che ci circonda nell’Universo, dal dispositivo che state utilizzando per leggere questo articolo alle stelle che punteggiano il firmamento. Tutto ciò che conosciamo è plasmato sui pilastri di questo modello. In base ad esso, le particelle interagiscono attraverso quattro forze (o interazioni) fondamentali: l’interazione elettromagnetica; l’interazione gravitazionale; l’interazione nucleare debole; e l’interazione nucleare forte.

Da oltre mezzo secolo gli scienziati stanno sfidando le fondamenta del Modello Standard, alla ricerca di una possibile “falla”, di particelle e interazioni che non si comportano come previsto dal suddetto modello. Ebbene, fino ad oggi non sono riusciti a trovare nulla che sia in contrasto con le leggi della Fisica. Ma qualcosa è cambiato nel 2021, quando un team di ricerca internazionale guidato da scienziati Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), un laboratorio di ricerca sito alle porte di Chicago, ha rilevato un comportamento anomalo nei muoni. In parole semplici, si tratta di particelle elementari con carica elettrica negativa e una massa oltre 200 volte superiore a quella degli elettroni. Si formano ad esempio quando i raggi cosmici interagiscono con l’atmosfera terrestre. I ricercatori del Fermilab li “lanciano” all’interno di un acceleratore di particelle – con un diametro di una quindici metri – a velocità prossime alla luce e ne studiano le interazioni durante un migliaio di giri. Nell’esperimento del 2021 hanno osservato che questi muoni oscillano in un modo anomalo, mostrando una proprietà che potrebbe non essere spiegata dalle quattro forze fondamentali dell’Universo. Secondo gli studiosi il momento magnetico del muone sarebbe guidato e influenzato da una forza oscura, la quinta forza della natura.

I risultati dell’esperimento del 2021 sono stati replicati recentemente e la precisione del risultato precedente è stata migliorata di un fattore 2, come spiegato in un comunicato stampa del Fermilab, facente capo al Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Rimuovere le incertezze da questi risultati è infatti la strada principale per dimostrare che effettivamente è in gioco una quinta forza dell’Universo, che travalica quelle che già conosciamo. Per comprendere meglio cosa è stato fatto, bisogna tenere in considerazione che i muoni, come gli elettroni, “hanno un minuscolo magnete interno che, in presenza di un campo magnetico, precede o oscilla come l’asse di una trottola”, spiegano gli esperti. “La velocità di precessione in un dato campo magnetico dipende dal momento magnetico del muone, tipicamente rappresentato dalla lettera g; al livello più semplice, la teoria prevede che g sia uguale a 2. La differenza di g-2 può essere attribuita alle interazioni del muone con le particelle in una schiuma quantistica che lo circonda”, proseguono gli scienziati. “Queste particelle lampeggiano dentro e fuori dall’esistenza e, come ‘compagni di ballo’ subatomici, afferrano la ‘mano’ del muone e cambiano il modo in cui il muone interagisce con il campo magnetico. Il modello standard incorpora tutte le particelle note di ‘partner di ballo’ e predice come cambia la schiuma quantica g . Ma potrebbe esserci di più. I fisici sono entusiasti della possibile esistenza di particelle non ancora scoperte che contribuiscono al valore di g-2 e aprirebbero la finestra per esplorare la nuova fisica”, hanno chiosato gli esperti del Fermilab.

Grazie ai test più recenti dell’esperimento Muon g-2 gli scienziati hanno determinato che il valore g-2 è uguale a 0.00233184110 +/- 0.00000000043 (stat.) +/- 0.00000000019 (syst.). Questi numeri non dicono praticamente nulla alla stragrande maggioranza di noi, ma per i fisici hanno un significato fondamentale perché, come indicato, ci avvicinano alla scoperta di una potenziale nuova interazione fondamentale della Fisica e a nuove particelle subatomiche, rispetto al risultato del 2021. Secondo gli esperti sarà dirimente sulla questione la prossima serie di risultati, che saranno ottenuti con il prosieguo della sperimentazione.

“Pensiamo che potrebbe esserci un’altra forza, qualcosa di cui non siamo consapevoli ora. È qualcosa di diverso, che chiamiamo la ‘quinta forza’”, ha spiegato alla BBC il professor Graziano Venanzoni dell’Università di Liverpool, tra i principali autori dello studio. “È qualcosa di diverso, qualcosa che non sappiamo ancora, ma dovrebbe essere importante, perché dice qualcosa di nuovo sull’Universo”, ha chiosato l’esperto. Questa scoperta, se confermata, potrebbe spiegarci perché le galassie continuano ad accelerare dopo il Big Bang o perché ruotano più velocemente di quanto dovrebbero fare sulla base della materia contenuta. Forse potremmo svelare il segreto dell’energia oscura che permea il cosmo. I dettagli della ricerca “Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm” sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Physical Review Letters.