SLAC Press Release (August 2, 2004)

Materia e antimateria: scoperta nuova, fondamentale differenza di comportamento

Se possiamo osservare stelle, pianeti e tutto ciò che esiste nell’Universo, compresi noi stessi, è perché, come suggeriscono i fisici teorici, dopo la primordiale esplosione cosmica, il “Big Bang”, la materia ha prevalso sull’antimateria ed ha dato vita all’Universo così come lo conosciamo. Oggi, l'affascinante idea che vi sia in natura una asimmetria tra materia e antimateria, tecnicamente nota come violazione di CP, viene confermata da nuovi, entusiasmanti risultati raggiunti dalla Collaborazione Internazionale BaBar, di cui fa parte l'Infn.

I risultati, sottoposti per la pubblicazione alla prestigiosa rivista “Physical Review Letters” , riguardano in particolare una nuova misura che dimostra inconfutabilmente una netta differenza di comportamento tra le particelle chiamate mesoni B e la loro controparte di antimateria, i mesoni anti-B.
Queste particelle sono prodotte presso il collisore PEP-II del laboratorio SLAC in California, grazie a scontri fra fasci di elettroni e la loro controparte di antimateria, i positroni. Avendo vita molto breve, i mesoni generati decadono, trasformandosi ossia, quasi immediatamente in altre particelle subatomiche.
Ed è proprio in questa trasformazione che gli studiosi di BaBar hanno evidenziato una diversità di comportamento tra le particelle e le antiparticelle.
“Se non ci fosse differenza tra materia e antimateria, i mesoni B e gli anti-B mostrerebbero esattamente le stesse modalità di decadimento. Invece la nostra nuova misura evidenzia proprio una sostanziale diversità negli schemi di decadimento”, dice Marcello Giorgi, coordinatore della collaborazione BaBar e ricercatore dell'Infn di Pisa.
Studiando infatti il decadimento di oltre 200 milioni di coppie di mesoni B e mesoni anti-B, i ricercatori hanno scoperto un modo nuovo in cui si manifestano gli effetti dell'asimmetria tra materia e antimateria: si tratta di un fenomeno noto come violazione di CP diretta, che si verifica semplicemente come una differenza fra il numero di decadimenti di materia rispetto a quelli dell’antimateria.
"Abbiamo notato 910 esempi di decadimento del mesone B in un kaone e in un pione, ma solo 696 esempi per il mesone anti-B. Questa nuova misura è prima di tutto il risultato dell’eccezionale prestazione del collisore PEP-II di SLAC e dell’elevatissima efficienza del rivelatore BaBar", conclude Giorgi.

La collaborazione di BaBar è costituita da fisici provenienti da vari Paesi e il ruolo della componente italiana è rilevante. Basti pensare che la grande mole di dati grezzi prodotti da BaBar al ritmo di quasi un TeraByte al giorno, vale a dire mille miliardi di byte, sono transitati in Italia, dove è avvenuta l’elaborazione primaria presso il centro di calcolo dell' Infn di Padova.

"Per noi del gruppo italiano dell'Infn, la seconda comunità nella collaborazione dopo quella americana, si tratta di un risultato di grande soddisfazione. Il nostro contributo all’esperimento è infatti a 360 gradi e va dalla manutenzione dei sofisticati rivelatori che fotografano i brevi attimi di vita dei mesoni B, all'entusiasmante impegno nell'analisi dei dati" aggiunge Mauro Morandin, dell’Infn di Padova, che con Francesco Forti, dell’Infn di Pisa, coordina i circa 100 fisici ed ingegneri italiani coinvolti in BaBar.
"Sono stati proprio Gianluca Cavoto, un giovane ricercatore dell’Università La Sapienza di Roma e della Princeton University e Jim Olsen, della Princeton University a coordinare il lavoro che a tempo di record ha portato a questo risultato, uno dei più importanti fra i cento ormai pubblicati dalla Collaborazione” conclude Mauro Morandin.

Come afferma Johnatan Dorfan, direttore di SLAC “Questa osservazione rappresenta un significativo passo in avanti per comporre il puzzle dell’evoluzione di materia ed antimateria nell’Universo”.

 

Matter-antimatter: discovered new, striking difference


If we can look at stars, planets and all living beings in the Universe, as well as ourselves, is because, as theoretical physicists suggest, after the primordial cosmic explosion, the "Big Bang", matter has prevailed over antimatter originating Universe as we know it.
Today, the amazing idea that there is in nature an asymmetry between matter and antimatter, technically known as CP violation, has been confirmed by new, enthusiastic results reached by BaBar Collaboration, in which Infn is involved.

The present results, submitted to the eminent journal "Physical Review Letters" for online publication, concern in particular a new measurement that shows in an incontrovertible way a remarkable difference in behaviour between particle named B mesons and their antimatter counterpart, anti-B mesons.
These particles are produced by the PEP-II Collider of SLAC Laboratory, California, thanks to collisions between electron beams and their antimatter counterpart, positrons. As generated mesons are short-lived, they decay, that is to say they turn almost immediately in other subatomic particles.
And it is exactly in this turn that BaBar researchers have pointed out a difference in behaviour of particles and antiparticles.
"If there were no difference between matter and antimatter, both the B mesons and the anti-B mesons would exhibit exactly the same pattern of decays. On the contrary, our new measurement shows an example of a large difference in decay rates", says Marcello Giorgi, spokesman of BaBar and researcher of Pisa Infn.
By studying the decay of more than 200 million pairs of B and anti-B mesons, researchers have discovered indeed a new way in which matter-antimatter asymmetry occurs: it is the phenomenon known as CP direct violation, that takes place simply as a difference between the number of matter decays against the ones of antimatter.
"We found 910 examples of the B meson decaying to a kaon and a pion, but only 696 examples for the anti-B. The new measurement is first of all a result of the outstanding performance of SLAC's PEP-II accelerator and the efficiency of BaBar detector", concludes Giorgi.

Physicists coming from several countries are involved in BaBar Collaboration and the role of Italian component is remarkable. Just think that the massive quantity of rough data produced by BaBar, at a rate of one TeraByte per day, that is to say one thousand billions bytes, have passed to Italy, where a primary process has occurred by the calculus centre of Padova Infn.

"For the Italian component of Infn, the second community in the Collaboration after the American, this is a very satisfactory result. Our contribute to the experiment is on a wide range. It goes indeed from the maintenance of the refined detectors that snap the short-lived meson B, to the enthusiastic commitment in the data analysis", adds Mauro Morandin, Padova Infn, who, with Francesco Forti, Pisa Infn, co-ordinates the about one hundred Italian physicists and engineers involved in BaBar.
"Gianluca Covato, a young researcher of La Sapienza University (Rome) and of Princeton University and Jim Olsen, of Princeton University, have coordinated the work that has leaded in record time to this result, one of the most important among the one hundred already published by the Collaboration", concludes Mauro Morandin.

As Johnatan Dorfan, Director of SLAC, declares "This observation is a significant step forward in assembling the pieces of the puzzle of matter versus antimatter in the Universe". 

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