Scienziati sconvolti dopo che la particella si trasforma da materia ad antimateria

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Il charm meson ha una versione leggera e pesante che aiuta a distinguere tra i suoi stati di materia e antimateria.

Gli scienziati hanno ora scoperto che le particelle subatomiche possono cambiare rapidamente tra materia e antimateria.

Questa scoperta rivoluzionaria è stata fatta monitorando i charm meson, che sono particelle subatomiche che contengono un quark (particelle elementari e blocco fondamentale della materia) e un antiquark.

Ogni particella ha un’antiparticella, che ha la stessa massa, durata e spin, ma la carica fisica opposta, inclusa quella elettrica. Una massa di quark forma particelle composite note come adroni, i più stabili dei quali sono protoni e neutroni presenti negli atomi.

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Nella fisica quantistica, un mesone di fascino può essere sia una particella che un’antiparticella contemporaneamente, nello stesso modo in cui la luce può comportarsi sia come un’onda che come una particella. Questo stato è noto come sovrapposizione quantistica e si traduce in una particella più leggera e una particella pesante. Mentre gli scienziati sapevano che queste particelle subatomiche potevano viaggiare come una miscela dei loro stati, ora si scopre che il mesone di fascino può oscillare tra queste versioni leggere e pesanti.

Questa differenza di massa è incredibilmente piccola: solo 0.00000000000000000000000000000000000001 grammi (o 1×10-38g). Una misurazione di questa precisione è possibile solo se osservata molte volte, come negli esperimenti che utilizzano il Large Hadron Collider.

Fino ad ora, l’unica particella che si è vista comportarsi come il mesone di fascino è il mesone di bellezza strana, trovato nel 2006. “Ciò che rende questa scoperta dell’oscillazione nella particella del mesone di fascino così impressionante è che, a differenza dei mesoni di bellezza, l’oscillazione è molto lento e quindi estremamente difficile da misurare entro il tempo necessario al decadimento del mesone”, ha affermato il professor Guy Wilkinson dell’Università di Oxford.

Questo risultato mostra che le oscillazioni sono così lente che la stragrande maggioranza delle particelle decadrà prima che abbiano la possibilità di oscillare. Tuttavia, siamo in grado di confermarlo come una scoperta perché [l’esperimento Large Hadron Collider] ha raccolto così tanti dati.

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La collisione di due protoni, mentre percorrono solo pochi millimetri, offre agli scienziati l’opportunità di misurare la quantità chiave che controlla la velocità del passaggio da particella ad antiparticella: la differenza di massa.

Gli scienziati sono ora desiderosi di comprendere il processo di oscillazione stesso e di risolvere il mistero del perché materia e antimateria siano asimmetriche. Il Big Bang avrebbe dovuto produrre materia e antimateria in quantità uguali, ma è chiaro che non è successo – per ragioni che non sono ancora state comprese.

Potrebbe essere che tali transizioni siano causate da particelle sconosciute non attualmente incluse nel Modello Standard, la teoria che descrive le forze deboli, forti ed elettromagnetiche.

A parte la gravità, copre tre delle quattro forze fondamentali dell’universo e dovrebbe classificare tutte le particelle elementari conosciute.

Lo studio, Observation of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates, è attualmente disponibile in prestampa ed è stato presentato alla rivista Physical Review Letters.

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