Una svolta nella ricerca sui muoni: raggiunta la precisione del momento magnetico!

Una svolta nella ricerca sui muoni: raggiunta la precisione del momento magnetico!

Il 3 giugno 2025, la collaborazione Muon g-2 ha presentato la sua terza e ultima misurazione del momento magnetico anomalo del muone. Questa nuova analisi è arrivata a un valore sperimentale di aμ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 e ha superato gli obiettivi iniziali con una precisione inaspettatamente elevata di 127 parti per miliardo. Ciò dimostra notevoli progressi nella misurazione di precisione, che svolgono un ruolo importante nella moderna fisica delle particelle.

Le misurazioni sono state effettuate presso il Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) e includono i dati di una fase di ricerca di sei anni durata fino al 9 luglio 2023. Durante questo periodo sono stati misurati oltre 308 miliardi di muoni, con la precisione della misurazione migliorata da 200 a 127 parti su un miliardo. Il Prof. Dr. Martin Fertl dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza è l'unico ricercatore tedesco nella collaborazione internazionale Muon g-2, che riunisce quasi 180 scienziati provenienti da 37 istituzioni in sette paesi.

Uno sguardo all'esperimento sul muone g-2

L'esperimento Muon g-2 traccia la precessione del momento magnetico dei muoni, che sono simili a loro ma circa 200 volte più pesanti degli elettroni. Queste particelle fondamentali hanno una vita relativamente breve e proprietà estese che sono influenzate dalle fluttuazioni del vuoto. Queste fluttuazioni sono anche la ragione dell'attuale deviazione del momento magnetico anomalo, che si discosta di circa lo 0,1% dal valore teorico. L'esperimento utilizza un anello magnetico superconduttore di 14 metri di diametro per analizzare i muoni in condizioni controllate.

Gli ultimi risultati sono coerenti con le misurazioni precedenti del 2021 e del 2023, ma offrono dati nuovi e più precisi. La Muon g-2 Theory Initiative ha contemporaneamente pubblicato nuove previsioni per il momento magnetico anomalo, che danno un valore teorico di aμ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 basato sui calcoli della QCD reticolare. Questo accordo potrebbe fornire la prova che esistono fenomeni fisici che vanno oltre il Modello Standard.

Connessioni con la materia oscura

La ricerca sul momento magnetico anomalo potrebbe anche fornire importanti informazioni sulla materia oscura, che è considerata l’elemento base delle strutture dell’universo. I fisici ricercano la materia oscura utilizzando due metodi: attraverso esperimenti diretti presso acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider e attraverso studi indiretti di processi fisici noti che richiedono precisione. Le misurazioni al Fermilab hanno dimostrato che i muoni sono in grado di cercare particelle virtuali nel vuoto e quindi scoprire potenzialmente nuove particelle che potrebbero costituire la materia oscura.

Gli esperimenti al Fermilab hanno rivoluzionato anche la comprensione dei calcoli teorici che in passato si discostavano dalle osservazioni. Nello studio più recente, da una considerazione più dettagliata delle fluttuazioni del vuoto sono emerse nuove intuizioni, rendendo più comprensibili le deviazioni dal modello standard.

Sebbene l’esperimento Muon g-2 sia ormai completo, potrebbe ancora servire da punto di riferimento per misurazioni future. Si prevede che un altro esperimento in Giappone fornirà dati aggiuntivi, anche se con minore precisione, negli anni ’30. La sfida è interpretare i risultati e trovare risposte alle domande sollevate dagli ultimi risultati, inclusa la necessità di chiarire perché non sono state scoperte nuove particelle nell'LHC.

Recenti rivelazioni e sviluppi nella fisica teorica rendono chiaro che i risultati talvolta contraddittori del muone g-2 e degli esperimenti LHC potrebbero portare a una fase entusiasmante nella fisica delle particelle in cui le vecchie teorie saranno messe in discussione e nuove idee sviluppate per comprendere meglio l’universo e le sue forze fondamentali.

Ultimo ma non meno importante, la collaborazione Muon g-2 definisce il percorso per future scoperte scientifiche e fa avanzare la comprensione di concetti fisici fondamentali che vanno oltre ciò che prima diamo per scontato.

Ulteriori informazioni e dettagli sullo studio possono essere trovati qui Qui, sul ruolo della materia oscura Qui e per discutere la ricerca di nuove particelle Qui.