Fisica
CERN, LHCb trova indizi di un decadimento che avviene una volta su 10 miliardi
La particella Bd che diventa due muoni: se confermato, sarà il decadimento più raro mai visto per una particella beauty.
📌 Una caccia durata più di quarant'anni ha appena segnato un traguardo. La collaborazione LHCb del CERN ha trovato evidenza di un decadimento che avviene circa una volta ogni dieci miliardi, ed è la prima a farlo con i dati di un solo esperimento. Qui sotto: che cosa è stato visto, perché i decadimenti rari sono preziosi, come ci sono riusciti, cosa significano le «deviazioni standard» e cosa succede ora.
- La scoperta
- Perché i decadimenti rari sono preziosi
- Una caccia lunga decenni
- Come ci sono riusciti
- Che cosa sono le deviazioni standard
- Perché ci riguarda
- Cosa succede ora
La scoperta
L'annuncio è stato dato in un seminario al CERN martedì 3 novembre. Secondo il comunicato del laboratorio, «the Collaboration has found evidence of a one-in-ten-billion decay of a beauty particle, becoming the first to do so using data from a single experiment»: la collaborazione ha trovato evidenza di un decadimento che avviene una volta su dieci miliardi in una particella con quark beauty, ed è la prima a riuscirci con i dati di un solo esperimento.
La particella in questione si chiama Bd: contiene un quark beauty e un antiquark down. Il decadimento osservato è quello in una coppia di muoni, una particella simile all'elettrone ma più pesante, e la sua antiparticella. Il risultato è coerente con le previsioni teoriche.
Perché i decadimenti rari sono preziosi
In fisica delle particelle, i decadimenti più improbabili sono anche i più sensibili. Il CERN lo spiega così: la fisica quantistica descrive come i decadimenti siano influenzati da altre particelle, e misurarli con precisione può rivelare tracce di particelle nuove troppo pesanti per essere prodotte direttamente nelle collisioni dell'LHC.
In generale, più un decadimento è improbabile, più è sensibile all'influenza di particelle nuove. Per questo i decadimenti di questo tipo sono considerati da tempo «canali d'oro» nella ricerca di una fisica oltre il Modello standard, la teoria che descrive le particelle conosciute e le loro interazioni. In questi processi un quark beauty e un antiquark di carica opposta si annichilano, e l'energia liberata diventa un muone e la sua antiparticella.
Una caccia lunga decenni
«I fisici inseguono questo decadimento da più di quarant'anni», ha detto Marco Santimaria, che ha guidato insieme ad altri il gruppo internazionale di 19 ricercatori dell'analisi. «Serve una precisione estrema per distinguere i muoni dal fondo schiacciante».
La storia ha avuto falsi traguardi. Nel 2015 un'analisi congiunta di LHCb e CMS portò alla prima osservazione del decadimento cugino, quello della particella Bs in due muoni, e a una prima evidenza per il Bd. Ma gli aggiornamenti successivi, con i dati raccolti fino al 2018, non confermarono l'evidenza per il Bd. Il decadimento della Bs avviene circa tre volte ogni miliardo di decadimenti di particelle beauty; quello della Bd è circa trenta volte più raro.
Come ci sono riusciti
La svolta è arrivata con l'aggiornamento dell'esperimento. Nel 2024, spiega il CERN, un importante potenziamento di LHCb ha permesso di raccogliere dati a una velocità cinque volte superiore a quella del periodo 2010-2018, e ha migliorato la capacità del rivelatore di distinguere i diversi tipi di particelle.
A questo si è aggiunto l'apprendimento automatico. Le tecniche di machine learning hanno aiutato a sopprimere l'enorme fondo di altri processi che avrebbe sommerso i segnali di questi decadimenti rarissimi. 🤖 È un esempio concreto di come l'AI stia entrando anche nella ricerca di base, come strumento per separare il segnale dal rumore.
Che cosa sono le deviazioni standard
Per parlare di «evidenza» di un fenomeno nuovo, i fisici chiedono una significatività di almeno 3 deviazioni standard: corrisponde a una probabilità dello 0,3% che il segnale sia comparso per caso. Per parlare di «osservazione» vera e propria serve arrivare a 5.
Secondo il CERN, i dati raccolti da LHCb nel 2024 e nel 2025 mostrano il decadimento con una significatività di 3,0 deviazioni standard. Combinandoli con quelli raccolti tra il 2011 e il 2018, il valore sale a 3,2, oltre la soglia comunemente accettata. Nella stessa analisi il gruppo ha anche ottenuto le misure più precise di sempre del decadimento della Bs in due muoni, già osservato in passato.
| Insieme di dati | Valore |
|---|---|
| Dati 2024-2025 | 3,0 |
| Dati 2011-2018 + 2024-2025 | 3,2 |
| Soglia per «evidenza» | 3 |
| Soglia per «osservazione» | 5 |
Il risultato supera la soglia dell'evidenza, ma per la conferma definitiva servono le 5 deviazioni standard. Fonte: CERN, 3 novembre 2026
Perché ci riguarda
Può sembrare una questione lontana dalla vita quotidiana, ma la fisica delle particelle ha cambiato il mondo in modi inattesi: dal CERN è nato il web, e le tecnologie sviluppate per i rivelatori sono finite in medicina, nell'informatica e nell'industria.
Capire se esistono particelle oltre quelle note significa capire meglio di che cosa è fatto l'universo. Risultati come questo non annunciano ancora una nuova fisica, ma stringono il campo in cui cercarla: ogni misura coerente con la teoria esclude alcune ipotesi e indica dove guardare.
Cosa succede ora
Il prossimo obiettivo è confermare il decadimento raggiungendo le 5 deviazioni standard. Se ci riusciranno, sarà il decadimento più raro mai osservato per una particella con quark beauty.
Il futuro promette più dati. L'avvio dell'LHC ad alta luminosità nel 2030 e il potenziamento di LHCb previsto a metà del prossimo decennio potrebbero aumentare di un altro ordine di grandezza la velocità di raccolta. «Vedere l'evidenza di questo decadimento raro è incredibilmente emozionante», ha detto Harry Cliff, responsabile dei decadimenti rari di LHCb. 🔭 Il nuovo potenziamento, ha aggiunto, permetterà di osservarne molti di più, con una sensibilità ancora maggiore a particelle non ancora scoperte.