Introduzione

La collaborazione internazionale denominata Belle II ha condotto la prima ricerca di un nuovo tipo di particella elementare che può fungere da “portale” tra la materia ordinaria e la materia oscura.

Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters questa settimana.

Particella Z’

L’esperimento Belle II, realizzato presso il collettore di elettroni-positroni SuperKEKB a Tsukuba, in Giappone, ha cercato un’ipotetica nuova particella chiamata Z‘ che potrebbe fungere da “portale” tra la materia ordinaria e la materia oscura. “L’esperimento Belle II non trova il bosone Z’ nei suoi primi risultati, ma limita la forza con cui la particella potrebbe interagire con le particelle del modello standard“.

Figura 1: Un’immagine grafica computerizzata di un evento simulato in cui un bosone Z’è prodotto da collisioni e +, in associazione con due muoni e decade in particelle invisibili. In questa figura, il bosone Z decade in un neutrino invisibile e un anti-neutrino, ma può anche decadere in una particella di materia oscura e nella sua anti-particella. In entrambi i casi, non viene lasciata alcuna traccia nel rivelatore. ”KEK, Belle II, creata usando Belle II in realtà virtuale sviluppata da Zachary Duer, Tanner Upthegrove, Leo Piilonen, George Glasson, W. Jesse Barber, Samantha Spytek, Christopher Dobsonat Virginia Tech Institute for Creativity, Arts and Technology, Virginia Tech Department of Physics, Virginia Tech School of Education.

Un bosone di Z’ è uno dei candidati teorici proposti che potrebbero collegare la materia oscura al mondo ordinario. Se esistesse, potrebbe essere prodotto in collisioni elettroni-positroni nel SuperKEKB e successivamente decadere in particelle invisibili di materia oscura. 

Figura 2: massa dei candidati Z (punti dati) rispetto agli eventi di fondo attesi (istogrammi) su scala semi-logaritmica. Sebbene le particelle di materia oscura non possano essere osservate direttamente in Belle II, la massa dei candidati potrebbe essere determinata dalle energie e dai momenti delle altre particelle prodotte nella collisione elettrone-positrone contemporaneamente al candidato Z’. La presenza di una Z verrebbe mostrata come un forte eccesso di dati sullo sfondo. Nessuna struttura di questo tipo è visibile qui. Questa figura è presa dalla Fig. 2 del documento: I. Adachi et al, (Belle II Collaboration), Phys. Rev. Lett. 124, 141801 (2020), DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.141801 pubblicato sotto la licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0.

La scoperta di un bosone di Z’ potrebbe risolvere importanti problemi aperti nella fisica delle particelle legati al comportamento della materia oscura e risolvere alcune anomalie osservate in altri esperimenti che non possono essere spiegate dalla teoria regnante in questo settore (il Modello Standard).

I ricercatori del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) sono stati coinvolti nell’esperimento Belle II per aggiornare il rilevatore Belle II.

“Questo documento è stato il risultato di una collaborazione che ha coinvolto molti gruppi, tra cui l’IPMU di Kavli. Il nostro team lavorerà anche sulle ricerche di nuove particelle utilizzando al massimo il Silicon Vertex Detector che avevamo prodotto e consegnato per l’esperimento“, ha affermato Takeo Higuchi del Kavli IPMU.

Per maggiori dettagli, si prega di fare riferimento al comunicato stampa di KEK.

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