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Ancora domande aperte sul quark-top

In un post dello scorso mese di Febbraio, ho pubblicato la notizia relativa ad un metodo trovato dai fisici che lavorano agli esperimenti CDF e DZero presso il Fermi National Accelerator Laboratory che ha permesso di produrre un quark-top attraverso l’interazione debole. Oggi, dopo quasi 20 anni dalla sua scoperta, avvenuta proprio al Fermilab nel 1995, gli scienziati sono ancora interessati alla particella più pesante del modello standard.

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Osservate le particelle di Majorana in un superconduttore

I fisici dell’Università di Princeton hanno osservato una particella esotica che si comporta contemporaneamente come materia e antimateria, una impresa che è stata resa possibile grazie alle nostre conoscenze di matematica e di ingegneria e che in futuro potrebbe portare alla costruzione di potenti computer basati sui principi della meccanica quantistica. Continua a leggere Osservate le particelle di Majorana in un superconduttore

AMS-02, nuovi indizi sulla materia scura

Uno degli scopi principali dell’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), che si trova nello spazio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, è quello di studiare i raggi cosmici misurandone con una precisione elevata la loro composizione e il flusso. Una piccola frazione di queste particelle super energetiche può originarsi a seguito delle collisioni tra le “particelle candidate” di materia scura che permea la nostra galassia. Oggi, nuovi dati raccolti dal rivelatore AMS suggeriscono che l’identificazione di un segnale positivo legato alla presenza di materia scura sia veramente alla portata dei fisici. Ricordiamo che la materia scura è quella misteriosa componente che costituisce circa un quarto del contenuto materia-energia dell’Universo. Continua a leggere AMS-02, nuovi indizi sulla materia scura

Neutrini, le particelle del Big Bang

Alcuni scienziati della University of Huddersfield sono impegnati in una collaborazione internazionale assieme ad altri colleghi appartenenti ad altri istituti nel tentativo di svelare un mistero legato ad una particella che avrebbe giocato un ruolo fondamentale per l’origine dell’Universo.

La scoperta dei neutrini e delle rispettive antiparticelle risale a più di 50 anni fa. I fisici ritengono che queste particelle vennero create in seguito al Big Bang e sono convinti che esse potrebbero fornirci nuovi indizi di vitale importanza per comprendere la natura del nostro Universo. Queste particelle hanno una massa quasi trascurabile, viaggiano con velocità relativistiche interagendo debolmente con la materia e si trasformano mentre si propagano. Quest’ultimo fenomeno, noto come oscillazione dei neutrini, rende queste particelle estremamente elusive. “Per studiare i neutrini, dobbiamo massimizzare la produzione delle rispettive antiparticelle un processo che è alla base della mia ricerca” spiega Adriana Bungau dell’University of Huddersfield e membro dell’International Institute for Accelerator Applications. Questo progetto di ricerca avrà lo scopo di costruire un nuovo acceleratore di particelle nel quale fasci di protoni saranno deviati verso un bersaglio costituito da un cilindro di berillio-9 circondato da un altro cilindro di litio-7 mantenuto a basse temperature. Questo processo permetterà la produzione continua di isotopi del litio-8 che decadranno rapidamente dando luogo ad una elevata formazione di antiparticelle. Bungau è convinta che questi esperimenti sugli antineutrini permetteranno di ricavare nuovi indizi sulla natura e l’origine dell’Universo.

[Abstract: In Search of Sterile Neutrinos]

arXiv: Target Studies for the Production of Lithium8 for Neutrino Physics Using a Low Energy Cyclotron

Il mistero delle particelle di Majorana

La figura illustra come potrebbero allinearsi le particelle di Majorana sotto l’azione di due campi magnetici opposti (rosso) che interagiscono con un materiale isolante superconduttore (blu).
Credit: Neupert, Onoda, and Furusaki, PRL 105, 206404 (2010)

Da qualche settimana, i titoli apparsi sui media relativamente alla “scoperta” del bosone di Higgs hanno catturato l’immaginario collettivo, in particolare tra i fisici che vogliono comprendere la vera essenza del cosmo. Si tratta, però, di un piccolo tassello che pare abbia aperto una porta verso la soluzione di uno dei tanti enigmi ancora da svelare (vedasi Enigmi Astrofisici). Nonostante ciò, la fisica teorica Lorenza Viola del Dartmouth College sta cercando di risolvere un mistero della fisica fondamentale: la particella di Majorana.

Si tratta di una particella che dovrebbe esistere al confine tra materia e antimateria, una sorta di particella ibrida avente le proprietà comuni sia alle particelle che alle antiparticelle. Ora, a differenza di quanto accade nel momento in cui materia ed antimateria collidono, scomparendo e rilasciando una grande quantità di energia, le particelle di Majorana si comportano diversamente, in altre parole esse rimangono stabili. Queste particelle potrebbero aiutare i fisici a risolvere altri problemi anche in termini della ridefinizione di alcune proprietà dell’Universo. Infatti, alcuni astrofisici hanno suggerito che le particelle di Majorana potrebbero essere le componenti della materia scura che, come è noto, costituisce l’80% circa della materia presente nello spazio. Tuttavia, gli sforzi sperimentali da parte dei ricercatori non hanno portato finora alla rivelazione di alcun tipo di particella di Majorana. I teorici ritengono che tali particelle potrebbero apparire collettivamente come “quasiparticelle” costituite da elettroni ordinari legati ai nuclei atomici in particolari condizioni fisiche. Oggi, Lorenza Viola e il suo gruppo di ricerca stanno tentando di risolvere questo mistero che, quasi per ironia della sorte, sembra ricordare quello della scomparsa del celebre fisico Ettore Majorana quando nel 1938, salpato da Napoli verso Palermo, non fu mai visto. Dare la caccia alle particelle di Majorana è una cosa alquanto complicata dato che particelle e quasiparticelle vivono a livello subatomico nel bizzarro mondo della meccanica quantistica in cui le regole della fisica classica vengono meno. “Se per un momento immaginassimo di essere così microscopicamente piccoli come gli elettroni, forse potremmo capire come funziona il mondo della meccanica quantistica” spiega Viola. Grazie ad una collaborazione con il suo collega Gerardo Ortiz dell’Indiana University, Viola suggerisce che le particelle di Majorana si trovano da qualche parte in una sorta di “locale microscopico”. Gli scienziati hanno proposto un modello teorico che spiega come le quasiparticelle formino una classe di materiali esotici, noti come superconduttori topologici, che hanno una “doppia personalità”: in altre parole, sulla superficie esterna conducono l’elettricità, come i metalli, mentre nella parte più interna si comportano come superconduttori. La ricerca e la verifica sperimentale di queste proprietà topologiche della materia a livello quantistico forniranno una sorta di arena ricca di dati in cui sarà possibile esplorare la fisica delle misteriose particelle di Majorana.

ArXiv: Majorana modes in time-reversal invariant s-wave topological superconductors