Un potente test per verificare l’esistenza di altre forze della Natura

Secondo il modello standard, le particelle che mediano le quattro interazioni fondamentali sono i fotoni, i bosoni W e Z e i gluoni. Di recente, però, è emerso un nuovo interesse per quanto riguarda la possibile esistenza di una ‘nuova forza’ che, se confermata, potrebbe implicare una estensione del modello standard. Dal punto di vista puramente teorico, questa ‘quinta forza’ sarebbe mediata da un bosone di gauge denominato Z’, o “fotone scuro” proprio perchè l’interazione sarebbe difficile da rivelare, e influenzerebbe solamente neutrini e leptoni instabili.

Spazio dei parametri per il bosone di gauge Z’. L’area di color grigio chiaro è esclusa con un livello di confidenza pari al 95% dalla misura della sezione d’urto del ‘neutrino tridente’ eseguita dal gruppo CCFR. L’area grigio scura con i contorni puntati viene esclusa dalle misure eseguite presso LHC del decadimento del bosone Z (del modello standard) in quattro leptoni. La regione color porpora è l’area favorita dalla cosiddetta ‘discrepanza del muone g-2’ che non è stata ancora scartata e che i futuri esperimenti sui neutrini ad alta energia potrebbero permettere di rivelare. Credit: Altmannshofer, et al. ©2014 American Physical Society

Wolfgang Altmannshofer, un ricercatore del Perimeter Institute for Theoretical Physics e autore principale dello studio pubblicato su Physical Review Letters, è convinto che esitano delle buone motivazioni per cui qualsiasi forza aggiuntiva che sarà rivelata potrà fornirci tutta una serie di fenomeni interessanti ed inaspettati, anche se occorrerà del tempo prima di apprezzarne e di capire completamente le sue implicazioni. I ricercatori hanno dimostrato che lo spazio dei parametri dove si collocherebbe questa ‘quinta forza’ è significativamente limitato da un processo raro chiamato “neutrino trident production” che è stato osservato sperimentalmente due volte. “Abbiamo dimostrato che il processo denominato neutrino trident production rappresenta il test più sensibile per verificare l’esistenza di una eventuale nuova forza della Natura“, spiega Altmannshofer. Insomma, questi risultati permettono di individuare una direzione verso la quale cercare una eventuale quinta forza e di evidenziare come il Long-Baseline Neutrino Experiment (LBNE) presso il Fermilab potrà essere considerato l’esperimento potenzialmente più adeguato per esplorare l’esistenza di una nuova fisica ed in particolare per lo studio del bosone Z’.

Phys.Org: Neutrino trident production may offer powerful probe of new physics

arXiv: Neutrino Trident Production: A Powerful Probe of New Physics with Neutrino Beams