Fisica dello spin

Fisica dello spin

mat_antimatAlle frontiere della Fisica Moderna: le misure di precisione

 

Il mistero del dominio della materia sull’antimateria.

 

Secondo la Teoria del Big Bang che descrive l’evoluzione dell’universo dai primi istanti della sua nascita, in origine materia ed antimateria erano presenti in ugual misura. Successivamente, l’universo è passato dalla condizione iniziale di simmetria allo stato attuale in cui la materia domina sull’antimateria. Questo processo viene chiamato bariogenesi. I criteri che descrivono questo processo furono formulati dallo scienziato sovietico Andrej Sakharov nel 1967 e includono meccanismi che violano la simmetria C (coniugazione di carica) e la simmetria combinata di CP (coniugazione di carica e parità). In particolare l’asimmetria di CP è quella che ci dice che materia ed antimateria non si comportano esattamente allo stesso modo. Il modello standard, la moderna teoria delle particelle fondamentali e delle loro interazioni, nonostante preveda dei meccanismi di violazione della simmetria CP, non è in grado di spiegare l’attuale valore di asimmetria barionica. Occorre quindi investigare l’esistenza di ulteriori meccanismi di violazione di CP.

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Il momento di dipolo elettrico.

 

Il nuovo fronte della fisica moderna alla ricerca della violazione di CP, complementare alle ricerche ad alta energia effettuate al CERN, è rappresentato dalle misure di precisione. Una di queste riguarda la misura del momento di dipolo elettrico delle particelle fondamentali. Il momento di dipolo elettrico (EDM) di una particella è rappresentato da una separazione dei centri di carica positiva e negativa nel volume della particella stessa. Una particella fondamentale (ed anche neutrone e protone) possiede un ben definito stato di parità e non può possedere un momento di dipolo elettrico, perché ciò violerebbe una delle simmetrie fondamentali della natura: quella di parità. La misura di un momento di dipolo elettrico diverso da zero negli attuali o futuri esperimenti di EDM rappresenterebbe una prova dell’esistenza di sorgenti di violazione di CP oltre il modello standard.

 

simpson earthMisurare il diametro della Terra con la precisione di un capello

 

Gli sviluppi recenti nella tecnologia degli anelli di accumulazione e dei fasci polarizzati rendono pensabile la prima misura diretta del momento di dipolo elettrico di particelle cariche. Il Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara è promotore di una serie di studi dedicati in collaborazione con Università ed Istituti di ricerca tedeschi ed americani che hanno come obiettivo finale quello di misurare il momento di dipolo elettrico del protone con la precisione di \(dp \simeq 10^{-29}e\cdot cm\) . Per farsi un’idea di questa precisione si pensi di prendere un protone e di estenderlo fino a farlo diventare pari al diametro della terra. In questa situazione un momento di dipolo elettrico pari a quello che si intende misurare corrisponderebbe ad una separazione di carica inferiore al diametro di un capello.

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