Gli scienziati propongono un nuovo metodo per cercare deviazioni dal Modello Standard di fisica.

29 novembre 2023

Questo articolo è stato revisionato in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità dei contenuti:

• verifica dei fatti
• pubblicazione sottoposta a revisione paritaria
• fonte affidabile
• revisione di prova

di Whitney Clavin, California Institute of Technology

Nella ricerca di nuove particelle e forze nella natura, i fisici sono alla ricerca di comportamenti all'interno degli atomi e delle molecole vietati dal consolidato Modello Standard della fisica delle particelle. Qualsiasi deviazione da questo modello potrebbe indicare ciò che i fisici chiamano affettuosamente "nuova fisica". 

Il professor assistente di fisica al Caltech Nick Hutzler e il suo gruppo sono alla ricerca di specifici tipi di deviazioni che aiuterebbero a risolvere il mistero del perché ci sia così tanta materia nell'universo. Quando il nostro universo è nato circa 14 miliardi di anni fa, si ritiene che materia ed antimateria abbiano avuto uguale presenza.

Di solito, materia ed antimateria si annullano a vicenda, ma doveva esistere qualche tipo di asimmetria tra diversi tipi di particelle affinché la materia prevaricasse sull'antimateria. Il gruppo di Hutzler utilizza esperimenti di laboratorio per cercare violazioni di simmetria, ovvero comportamenti devianti delle particelle che hanno portato al nostro universo incentrato sulla materia.

Ora, pubblicando su Physical Review Letters, il team, guidato da Chi Zhang, il Fellow Postdottorato David e Ellen Lee in Fisica Caltech, ha trovato un modo per migliorare i loro studi utilizzando l'entanglement, un fenomeno nella fisica quantistica in cui due particelle remote possono rimanere collegate anche senza essere in contatto diretto. Lo studio si intitola "Quantum-Enhanced Metrology for Molecular Symmetry Violation using Decoherence-Free Subspaces"

In questo caso, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per l'entanglement di array di molecole, che fungono da sonde per misurare le violazioni di simmetria. Attraverso l'entanglement delle molecole, gli array diventano meno sensibili ai rumori di fondo che possono interferire con l'esperimento e più sensibili al segnale desiderato.

"È come ancorare insieme un mucchio di papere di gomma", dice Hutzler. "Se volessi misurare il movimento delle papere su una vasca da bagno, sarebbero meno sensibili al rumore di schizzi d'acqua se fossero collegate tutte insieme. E sarebbero più sensibili a qualcosa che vorresti misurare, come il flusso di una corrente, poiché risponderebbero tutte ad esso collettivamente."

"Vogliamo essere sensibili alla struttura delle molecole", dice Zhang. "Campi elettrici e magnetici incontrollati dalle impostazioni sperimentali ostruiscono le nostre misurazioni, ma ora abbiamo un nuovo protocollo per l'entanglement delle molecole in modo da renderle meno sensibili al rumore."

Più specificamente, questo nuovo metodo può essere usato per cercare piccole inclinazioni degli elettroni che possono verificarsi in risposta a campi elettrici all'interno delle molecole. "Le leggere rotazioni indicherebbero che gli elettroni o i nuclei interagiscono con campi elettrici, e questo è vietato secondo il Modello Standard", afferma Hutzler.

"Altri approcci che utilizzano l'entanglement di solito aumentano la sensibilità al rumore", aggiunge. "Chi ha trovato un modo per ridurre il rumore pur dandoci ancora un guadagno di sensibilità dall'entanglement."

Uno studio sperimentale recente diverso, pubblicato su Science, guidato da Hutzler e John M. Doyle dell'Università di Harvard, ha dimostrato che le molecole poliatomiche utilizzate in questo tipo di studi hanno altre capacità uniche di proteggersi dai rumori elettromagnetici, seppur senza il potenziamento di sensibilità dall'entanglement.

In quello studio, i ricercatori hanno dimostrato di poter regolare la sensibilità della molecola ai campi esterni e in effetti annullare la sensibilità, rendendo così le molecole in gran parte immuni al rumore.

"Con i vantaggi dell'entanglement, i ricercatori possono spingere questi esperimenti per sondare settori sempre più esotici della nuova fisica", afferma Hutzler.

Informazioni sulla rivista: Physical Review Letters , Science

Fornito da California Institute of Technology