Fisica delle particelle | Studio a partecipazione Unife cerca nuove tracce per spiegare il mistero della materia

Perché l’universo è fatto quasi interamente di materia, se nei primi istanti dopo il Big Bang materia e antimateria avrebbero dovuto annichilirsi a vicenda? È una delle grandi domande ancora aperte della fisica contemporanea, al centro di uno studio internazionale a cui ha contribuito l’Università di Ferrara.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Physical Review Letters, ha permesso di fissare per la prima volta un limite sperimentale al momento di dipolo elettrico permanente del deutone, un sistema composto da un protone e un neutrone. Il risultato non mostra evidenze dell’effetto cercato, ma rappresenta un passo importante nello sviluppo di metodi sempre più sensibili per individuare possibili segnali di nuova fisica.

“Il fatto che oggi esista ancora materia contraddice innanzitutto le nostre aspettative fisiche”, spiega Paolo Lenisa, docente del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara e Co-spokesperson della collaborazione internazionale JEDI. “Il Modello Standard della fisica delle particelle prevede effetti di questo tipo, ma a livelli estremamente piccoli. Qualsiasi effetto misurabile con le tecniche oggi disponibili indicherebbe quindi l’esistenza di una nuova fisica”.

Alla ricerca di uno squilibrio nascosto

Secondo le conoscenze attuali, nei primi istanti di vita dell’universo materia e antimateria erano presenti in quantità quasi uguali. Quando entrano in contatto, però, si annichiliscono completamente: in teoria, quindi, non sarebbe dovuto rimanere nulla. Eppure il nostro universo è costituito quasi esclusivamente da materia.

Per spiegare questa asimmetria, la fisica ipotizza l’esistenza di processi ancora non pienamente compresi, avvenuti nelle primissime fasi dell’universo. Non potendo osservare direttamente quei momenti, ricercatrici e ricercatori cercano indizi indiretti nelle proprietà delle particelle elementari.

Una possibile traccia è il momento di dipolo elettrico, cioè un piccolissimo spostamento tra le cariche positive e negative all’interno di una particella. La sua osservazione a livelli misurabili potrebbe indicare fenomeni non previsti dal Modello Standard.

La misura all’anello di accumulazione COSY

Lo studio è stato condotto dalla collaborazione internazionale JEDI presso il Forschungszentrum Jülich, in Germania, utilizzando l’anello di accumulazione COSY, uno dei pochi acceleratori al mondo in grado di fornire fasci di particelle polarizzate in spin: una condizione fondamentale per questo tipo di misura.

Per la prima volta, la collaborazione ha cercato il momento di dipolo elettrico del deutone in un anello di accumulazione. Il valore misurato è risultato compatibile con zero: l’effetto, quindi, non è stato osservato. Questo permette però di stabilire un nuovo limite sperimentale e di validare una metodologia considerata particolarmente promettente.

“Le possibili differenze tra i centri di carica sono inferiori a un decimillesimo del diametro del deutone”, afferma Lenisa. “Se il deutone avesse le dimensioni di uno stadio, lo spostamento sarebbe al massimo dell’ordine di un millimetro”.

Nuove prospettive per la ricerca

Anche se la precisione raggiunta non è ancora comparabile con quella di altri esperimenti, lo studio dimostra che gli anelli di accumulazione rappresentano uno strumento particolarmente adatto alla ricerca dei momenti di dipolo elettrico.

“Per il deutone, un anello di accumulazione rappresenta il miglior metodo di misura attualmente disponibile”, sottolinea Lenisa.

A partire da questi risultati sono già in progettazione nuovi anelli dedicati specificamente a misure di precisione di questo tipo, con l’obiettivo di aumentare la sensibilità di molti ordini di grandezza. Un avanzamento che potrebbe aprire nuove possibilità nella ricerca di tracce sperimentali di una fisica ancora sconosciuta.

Per saperne di più

L’articolo “First experimental limit on the permanent electric dipole moment of the deuteron” è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters il 16 giugno 2026.

A cura di Chiara Fazio