Il mistero dei muoni in eccesso. L’impatto tra raggi cosmici e atmosfera terrestre produce un numero di particelle elementari chiamate muoni molto più grande del previsto. È possibile che alle energie assai elevate dei raggi cosmici, l’interazione forte, una delle quattro forze fondamentali della natura, si comporti in modo diverso da quello osservato negli acceleratori di particelle terrestri(red)
Gli sciami di raggi cosmici che interagiscono con l’atmosfera generano una quantità di muoni decisamente superiore a quello previsto dai modelli di creazione di queste particelle elementari elaborati sulla base dei dati ottenuti con il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra. Questo potrebbe significare che a energie di collisione superiori a quelle attualmente raggiunte da LHC, nell’ordine dei teraelettronvolt, l’interazione forte – una delle quattro forze fondamentali della natura, coinvolta nella generazione dei muoni e nalla formazione dei nuclei atomici – si comporta in modo differente da quanto avviene a energie minori.
Questo conteggio dei muoni è stato realizzato dai ricercatori dell’Osservatorio internazionale Pierre Auger a Malargüe, in Argentina, che firmano un articolo sulle “Physical Review Letters”.
I raggi cosmici sono particelle (principalmente protoni e nuclei leggeri) che si muovono a velocità vicine a quella della luce nel vuoto e che sono prodotte da supernove e da altre potenti fonti cosmiche. Quando una particella dei raggi cosmici si scontra con una molecola dell’atmosfera terrestre, genera una cascata di particelle secondarie. Per capire come si formano le particelle di questa cascata i ricercatori si affidano ai risultati degli esperimenti effettuati nel LHC, a partire dai quali hanno elaborato dei modelli di previsione che dicono quanti elettroni, positroni, muoni e altre particelle elementari dovrebbero essere generati dalle collisioni prodotte da uno sciame di raggi cosmici di una certa energia.
Le rilevazioni effettuate da Alexander Aab e colleghi hanno mostrato che il numero di elettroni e positroni rilevato nello studio è in buon accordo con gli attuali modelli delle collisioni, ma non così per quanto riguarda i muoni: il loro numero eccede del 33 per cento quello previsto dal modello chiamato EPOS-LHC, considerato uno dei modelli più evoluti, e addirittura del 61 per cento rispetto al modello detto QGSJET-II-04.
In realtà non è la la prima volta che i ricercatori registrano un eccesso di muoni: era già successo nel 2000 e lo scorso anno. Tuttavia, questo ultimo studio pone l’eccesso di muoni su basi più solide perché ha sfruttato un doppio sistema di controllo. Oltre alla luce Cherenkov emessa dai muoni mentre viaggiano attraverso l’acqua dei 1660 serbatoi che costituiscono il nucleo dell’Osservatorio Pierre Auger (la luce o radiazione Cherenkov è emessa da una particella quando si muove in mezzo a una velocità maggiore della luce in quello stesso mezzo), in questo studio sono stati usati anche quattro telescopi in grado di individuare la luce fluorescente creata già in atmosfera dalla cascata di prodotti della collisione fra raggi cosmici e atomi.
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