I fisici delle particelle stanno attualmente approfondendo il Modello Standard della fisica delle particelle per investigare la miscelazione dei quark, un fenomeno che non è ancora completamente compreso all’interno del modello. I quark, che costituiscono i nuclei degli atomi, sono noti per mescolarsi, cioè per trasformarsi occasionalmente da un tipo all’altro. Tuttavia, le frequenze esatte di queste trasformazioni rimangono incerte e, in modo intrigante, le previsioni teoriche non si sommano al 100%. Recentemente, il fisico Jordy de Vries dell’UvA-IoP insieme ai suoi collaboratori provenienti da Los Alamos, Seattle e Berna hanno pubblicato nuove ricerche che rappresentano un passo significativo verso la risoluzione di questi enigmi.
Le particelle elementari sono organizzate in tre generazioni all’interno del Modello Standard della fisica delle particelle. Prendiamo ad esempio i quark, che sono suddivisi in sei sapori: up, down, charm, strange, top e bottom. I quark up e down, che fanno parte della prima generazione, sono i costituenti fondamentali dei nuclei atomici. Le trasformazioni tra questi sapori di quark, chiamate miscelazione dei quark, sono previste dal Modello Standard, ma le frequenze di tali trasformazioni non sono specificate. Recenti analisi hanno rivelato una discrepanza: le probabilità di tutte le possibili miscelazioni dei quark non si sommano al 100%, sollevando interrogativi sulla possibilità di una fisica al di là del Modello Standard.
Per rispondere a queste domande, il fisico Jordy de Vries dell’UvA-IoP e i suoi colleghi provenienti da Los Alamos, Seattle e Berna hanno sviluppato un nuovo quadro e condotto calcoli dettagliati per determinare con precisione la quantità di miscelazione tra i quark up e down, dove l’effetto è più evidente. Questo lavoro è stato recentemente pubblicato su Physical Review Letters e come Suggerimento dell’Editore su Physical Review C.
Per eseguire i calcoli, i fisici hanno utilizzato misurazioni precise dei decadimenti beta nucleari, in particolare dei decadimenti beta superconsentiti, che forniscono informazioni dettagliate sulla miscelazione tra i quark up e down. Tuttavia, i calcoli sono affetti da un’incertezza teorica dovuta alla complessa interazione tra le tre forze fondamentali della natura coinvolte nel processo: la forza nucleare forte, l’interazione elettromagnetica e il processo debole responsabile dei decadimenti radioattivi.
Il nuovo quadro teorico è stato progettato per affrontare questa incertezza teorica e ha portato alla scoperta di effetti legati alle interazioni deboli tra i costituenti dei nuclei che non erano stati precedentemente considerati. Attualmente, questi effetti sono la principale fonte di incertezza nei calcoli. In futuro, basandosi su questo lavoro e su avanzati calcoli nucleari a molti corpi, sarà possibile controllare e ridurre le incertezze, aprendo la strada alla scoperta di possibili segnali di nuova fisica nei processi nucleari.
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