Dall’alto casertano il fisico Mastroianni partecipa all’esperimento internazionale Muon g -2
PIANA DI MONTE VERNA/NAPOLI/CHICAGO (Stefania Mastroianni). Proviene dall’alto casertano, e precisamente da Villa Santa Croce, frazione del comune di Piana di Monte Verna, uno degli studiosi partecipanti all’esperimento Muon g-2: è il fisico Stefano Mastroianni, co-autore di un’importante pubblicazione su un risultato sperimentale molto vicino ad essere considerato una vera e propria scoperta.
L’esperimento è il frutto di una collaborazione internazionale tra 35 istituzioni di 7 paesi diversi a cui partecipano 200 scienziati rappresentati dal portavoce Graziano Venanzoni della sezione INFN di Pisa. Tra i fondatori della collaborazione, il Fermi National Acceleration Laboratory di Batavia – vicino Chicago – centro di ricerca in fisica delle particelle – e il nostro Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Il gruppo italiano, guidato da Marco Incagli, ricercatore INFN della sezione di Pisa, conta 32 ricercatori appartenenti alle strutture dell’INFN di Napoli, Pisa, Roma Tor Vergata, Trieste, Udine, e dei Laboratori Nazionali di Frascati.
Il gruppo di ricercatori della sezione INFN di Napoli guidato dal prof. Michele Iacovacci ha contribuito fin dall’inizio alla collaborazione Muon g-2 con la realizzazione dell’elettronica di controllo dei laser e monitor della stabilità degli impulsi di calibrazione in grado di apprezzare piccolissime variazioni, fino a 1 parte su 10000, dei segnali.
Il progetto dell’elettronica è stato sviluppato grazie al Servizio Elettronica e Rivelatori della sezione INFN di Napoli, con il contributo importante di Paolo di Meo. La realizzazione dell’elettronica di gestione dei laser e del sistema di acquisizione dati (DAQ) di calibrazione è stata coordinata proprio da Stefano Mastroianni, ricercatore della sezione INFN di Napoli.
Che cos’è il muone?
Il muone, scoperto nel 1936, è una particella elementare a tutti gli effetti puntiforme, identica all’elettrone per carica, ma con una massa circa 200 volte maggiore, che lo rende instabile decadendo in 2,2 milionesimi di secondo in elettrone e particelle ultraleggere chiamate neutrini. Ha inoltre una proprietà chiamata spin, che lo fa comportare come un minuscolo magnete.
Tutte queste proprietà rendono il muone un candidato perfetto per testare il Modello Standard delle particelle elementari con cui al momento i fisici descrivono le interazioni fondamentali e fanno previsioni teoriche. Ma qualche volta accade che la natura ci sorprende. Infatti, i risultati della nuova misura del momento magnetico del muone del Fermilab risulta essere in grande disaccordo con i calcoli attesi aprendo così una finestra di osservazione su effetti di “nuova fisica” dovuta per esempio a nuove particelle e nuove forze.
In cosa consiste l’esperimento a cui partecipa Mastroianni?
L’esperimento, cominciato nel 2018, consiste in un fascio di muoni prodotti dall’acceleratore del Fermilab ed iniettati in un magnete superconduttore ad anello di 15 metri di diametro, dove vengono fatti circolare migliaia di volte con velocità prossima a quella della luce, prima di poterli misurare raccogliendo gli elettroni di decadimento. La precisione della misura effettuata è estremamente elevata – 460 parti per miliardo – che si raggiunge raccogliendo diversi miliardi di muoni ma nello stesso tempo controllando in maniera maniacale tutti gli effetti sistematici dell’apparato di misura. Per raggiungere tale obiettivo è stato fondamentale il contributo italiano finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) che consiste in un sofisticato sistema di calibrazione basato su impulsi laser realizzato in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ottica (INO-CNR).
I primi risultati dell’esperimento
Il 7 Aprile 2021 la collaborazione internazionale ha annunciato presso il FermiLab il risultato di una nuova misura delle proprietà magnetiche del muone.
(qui sopra) L’anello dell’esperimento Muon g-2 del Fermilab usato per misurare il momento magnetico dei muoni