Rivoluzione nella fisica delle particelle: i ricercatori di Heidelberg sono alla ricerca di nuovi decadimenti!

Rivoluzione nella fisica delle particelle: i ricercatori di Heidelberg sono alla ricerca di nuovi decadimenti!

La fisica delle particelle si trova ad affrontare una fase entusiasmante, poiché l'esperimento Mu3e presso l'Istituto Paul Scherrer viene ora sostenuto con un secondo periodo di finanziamento. I fisici di Heidelberg sono coinvolti in modo significativo in questo progetto di ricerca innovativo, che mira ad acquisire conoscenze più approfondite sulle leggi fondamentali della fisica.

Uno degli obiettivi principali dell'esperimento Mu3e è studiare il decadimento degli antimuoni in un elettrone e due positroni. Un tale processo è estremamente improbabile nel Modello Standard della fisica delle particelle perché cambia il numero leptonico. Tuttavia, secondo le teorie attuali, comprese quelle della supersimmetria, questo decadimento potrebbe verificarsi più frequentemente di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori intendono analizzare più di 10^16 decadimenti dei muoni per raccogliere dati preziosi su questi rari eventi.

Progressi tecnologici

Gli scienziati di Heidelberg hanno compiuto progressi rivoluzionari nello sviluppo di tecnologie di rilevamento essenziali per l'esperimento Mu3e. Presso l'Istituto di fisica, sotto la direzione del Prof. Schöning, è stato sviluppato un rilevatore di pixel di silicio ultrasottile che registra le particelle di decadimento con elevata precisione. Inoltre, presso il Kirchhoff Institute for Physics è stato progettato un rilevatore altamente sviluppato per la registrazione rapida del tempo con una risoluzione temporale inferiore a 100 picosecondi.

Per garantire un'elevata sensibilità nella ricerca di decadimenti precedentemente non rilevati, nella strumentazione del rilevatore di particelle vengono utilizzate le più recenti tecnologie. Il rilevatore ha una risoluzione spaziale migliore di 200 μm, una risoluzione temporale inferiore a 100 ps e una risoluzione energetica migliore di 0,5 MeV per i singoli elettroni. Ciò è reso possibile dall'uso di rivelatori a semiconduttore e fibre scintillatrici, che consentono di misurare con precisione i decadimenti.

I risultati Rolls del finanziamento

Con i fondi approvati l’esperimento Mu3e può ora essere completato e la struttura può essere pienamente implementata. I primi dati dell’esperimento sono attesi nel 2026 e la raccolta completa dei dati dovrebbe essere abilitata al più tardi entro il 2028. Ciò significa che gli scienziati saranno in grado di rilevare il decadimento o di porre un limite superiore di 10^(-16) alla probabilità di decadimento, un miglioramento di 10.000 volte rispetto agli esperimenti precedenti.

Inoltre, il finanziamento includerà anche fondi per il lavoro di sviluppo su una seconda fase di espansione dell’esperimento, il cui inizio è previsto intorno al 2030. L’esperimento Mu3e ha il potenziale non solo per testare le teorie esistenti della fisica delle particelle, ma anche per studiare nuove particelle del settore chiaro-oscuro come i fotoni oscuri. Generando il fascio di muoni più intenso del mondo, avrà luogo un'analisi di due miliardi di decadimenti al secondo, il che è di enorme importanza per la ricerca economica e fruttuosa.

L’attività di ricerca e sviluppo in corso nell’ambito dell’esperimento Mu3e non offre solo nuove prospettive per la fisica delle particelle, ma anche una prospettiva promettente per la scienza futura. Fisico di Heidelberg e partner internazionali come l'Università di Magonza, il Karlsruhe Institute of Technology e istituzioni della Gran Bretagna e della Svizzera svolgono un ruolo cruciale. Mu3e è quindi seguito con grande interesse sia dal mondo della ricerca che dal grande pubblico.