L’esperimento del CERN: il barione ribelle che sfida la simmetria dell’universo
Ogni volta che un elettrone incontra un positrone (la sua anti-particella), succede che entrambi si annichilano, spariscono letteralmente, e al loro posto compaiono due fotoni. È come se materia e antimateria si cancellassero a vicenda, lasciando dietro di sé solo luce. Ora, provate a immaginare lo stesso fenomeno, ma su scala cosmica, nei primissimi istanti di vita dell’universo, subito dopo il Big Bang. In quel periodo primordiale, l’universo era una fornace incandescentemente densa e calda, dove ogni particella di materia aveva accanto a sé la sua gemella speculare di antimateria. Secondo quanto ci suggerisce la teoria, se le cose fossero andate in maniera perfettamente simmetrica (come ci si aspetterebbe da un universo “ordinato”), oggi non ci sarebbe nulla. Tutta la materia e tutta l’antimateria si sarebbero annichilate lasciando dietro di sé solo radiazione, un’eco silenziosa e uniforme, senza alcuna struttura, senza stelle né galassie, e senza vita. Invece, eccoci qui, a scrivere e riflettere in un universo fatto di materia. Qualcosa, lungo la strada, evidentemente si è rotto. O, per meglio dire, qualcosa è andato storto in modo provvidenziale. Perché? Perché l’universo non è simmetrico come ci si aspettava. Secondo la fisica moderna, per spiegare il prevalere della materia sull’antimateria deve essersi verificata una violazione di una simmetria fondamentale, chiamata simmetria CP, una combinazione tra l’inversione della carica delle particelle (C, carica) e il loro riflesso nello spazio (P, parità). In linea teorica, le leggi della fisica dovrebbero restare invariate anche se si scambiano materia con antimateria e si specchia lo spazio. Tuttavia, sappiamo che non è sempre così: in alcuni processi subatomici, tale simmetria viene infranta ed è proprio lì, forse, che si nasconde il segreto dell’esistenza.
L’esperimento LHCb del CERN
L’ultima scoperta, pubblicata su Nature dai ricercatori dell’esperimento LHCb del CERN, getta nuova luce su questo enigma. Stavolta, al centro della scena c’è una particella strana e affascinante, denominata barione lambda-b. Si tratta di una sorta di parente lontana del protone e del neutrone, formata da tre quark, tra cui uno particolarmente massiccio, il cosiddetto quark beauty (o bottom). È instabile, e si disintegra in particelle più leggere, tra cui proprio un protone.
L’esperimento LHCb del CERN. Autore: Max Brice – Copyright: CERN
I fisici hanno confrontato in dettaglio il comportamento della lambda-b e della sua antiparticella, osservando con estrema precisione oltre ottantamila decadimenti raccolti nel corso dei primi due cicli di attività del Large Hadron Collider, dal 2009 al 2018. Ed è qui che arriva la sorpresa: i due decadimenti non sono identici. La particella e la sua antiparticella non si comportano allo stesso modo, e la probabilità con cui una decade in certe particelle differisce, seppur di poco, da quella della sua controparte. La differenza che è emersa, minuscola ma misurabile, ha raggiunto una significatività statistica di 5,2 deviazioni standard, un valore abbastanza alto da permettere ai fisici di parlare, senza esitazioni, di una vera e propria scoperta. Una grossa scoperta. Per la prima volta, infatti, è stata osservata una violazione della simmetria CP nei barioni, ovvero nelle stesse particelle che costituiscono la materia visibile dell’universo. Non stiamo parlando quindi di fenomeni esotici confinati ai laboratori; parliamo delle “mattonelle” fondamentali della materia che compongono voi, noi, le stelle e tutto ciò che vediamo.
Dalle piccole asimmetrie all’origine del tutto
Naturalmente, la nuova scoperta emersa dalle sperimentazioni al CERN, da sola, non basta ancora a spiegare perché ci sia più materia che antimateria nell’universo. Ma è un passo importante, un tassello che mancava nel mosaico. Come sempre accade in fisica, ogni nuova osservazione apre altre domande e altre direzioni di ricerca. Più fenomeni simili riusciremo a misurare, più chiaro diventerà il disegno d’insieme. In un certo senso, ogni simmetria infranta, ogni scarto inatteso rispetto a quanto previsto, è una finestra aperta su ciò che è accaduto nei primi istanti dell’universo. D’altronde è proprio lì, in quell’istante iniziale, che si gioca la grande domanda: “perché c’è qualcosa, invece del nulla?” Non si tratta ormai solo di una questione confinata all’ambito filosofico, ma di una sfida concreta per la fisica sperimentale. Le risposte che cerchiamo, probabilmente, non arriveranno da una singola grande rivelazione, ma da una lunga sequenza di minuscole imperfezioni, da leggeri squilibri, da quei momenti in cui l’universo ha “scelto” (in modo misterioso ma misurabile) di infrangere l’equilibrio perfetto. Chissà, forse il fatto che oggi possiamo riflettere su tali aspetti è la prova più affascinante che, in fondo, il cosmo non ha seguito la strada della simmetria, ma quella della complessità. Magari, proprio in quella complessità risiede il senso profondo della nostra esistenza.
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