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Una nuova e precisa misura delle proprietà magnetiche del muone – particella elementare appartenente alla
famiglia dei leptoni, molto simile all’elettrone, ma con una massa circa 200 volte maggiore – fornisce nuova
evidenza a favore dell’esistenza di fenomeni fisici non descritti dal Modello Standard, la teoria di riferimento
per la spiegazione dei processi subatomici. L’atteso risultato, ottenuto al temine della prima campagna di
analisi dei dati acquisiti dall’esperimento Muon g-2, è stato annunciato oggi, mercoledì 7 aprile, nel corso di
una presentazione svoltasi presso il Fermi National Accelerator Laboratory (FermiLab) di Batavia, vicino
Chicago, il centro statunitense per le ricerche in fisica delle particelle, che ospita l’esperimento. La
collaborazione internazionale responsabile di Muon g-2, di cui l’INFN è uno dei principali membri sin dalla
sua nascita, è riuscita a ottenere una misura del cosiddetto momento magnetico anomalo del muone con una
precisione senza precedenti, confermando le discrepanze con le previsioni del Modello Standard già
evidenziate in un precedente esperimento condotto al Brookhaven National Laboratory, vicino New York, e
conclusosi nel 2001.
La presente misura di Muon g-2 raggiunge una significatività statistica di 3.3 sigma, o deviazioni standard, e
la sua combinazione con il risultato dell’esperimento predecessore porta la significatività della discrepanza a
4,2 sigma, poco meno delle 5 sigma considerate la soglia per poter annunciare una scoperta. Questo risultato
fondamentale rappresenta un importante ed entusiasmante indizio della possibile presenza di forze o particelle
ancora sconosciute, questione che da decenni alimenta discussioni tra i ricercatori.
“La misura di altissima precisione che abbiamo ottenuto con il nostro esperimento era da lungo tempo attesa
da tutta la comunità internazionale della fisica delle particelle. In attesa dei risultati delle analisi sui vari set di
dati acquisiti recentemente dall’esperimento e su quelli che verranno raccolti nel prossimo futuro, ci offre già
un possibile spiraglio verso una nuova fisica”, afferma Graziano Venanzoni co-portavoce dell’esperimento
Muon g-2 e ricercatore della Sezione INFN di Pisa originario di Macerata. “L’INFN può ritenersi orgoglioso
di questa impresa, avendo svolto un ruolo determinate in tutto l’esperimento. Un successo in buona parte
merito dei giovani ricercatori i quali, con il loro talento, idee ed entusiasmo, hanno consentito di ottenere
questo primo importante risultato”.
I muoni, che sono generati naturalmente nell’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre, possono
essere prodotti in gran numero dall’acceleratore del Fermilab e iniettati all’interno dell’anello di
accumulazione magnetico di Muon g-2, del diametro di 15 metri, dove vengono fatti circolare migliaia di volte
con velocità prossima a quella della luce. Come gli elettroni, anche i muoni sono dotati di spin e possiedono
un momento magnetico, ovvero producono un campo magnetico del tutto analogo a quello di un ago di bussola.
All’interno dell’anello di Muon g-2, il momento magnetico dei muoni acquista un moto di precessione attorno
alla direzione del campo magnetico, analogo a quello di una trottola in rotazione. L’esperimento misura con
altissima precisione la frequenza di questo moto di precessione dei muoni. Il Modello Standard prevede che
per ogni particella il valore del momento magnetico sia proporzionale a un certo numero, detto ‘fattore
giromagnetico g’, e che il suo valore sia leggermente diverso da 2, da qui il nome ‘g-2’ o ‘anomalia