Muoni: le prossime particelle che saranno finalmente scoperte?

Elettroni, positroni, protoni, antiprotoni: queste particelle hanno costituito la base per gran parte della ricerca sulla fisica delle particelle e di molte delle scoperte degli ultimi cento anni. Ci saranno altre particelle che svolgono un ruolo simile in futuro?

I muoni sono molto simili agli elettroni, ma 200 volte più massicci. Non hanno parti costituenti in modo da creare collisioni pulite. La loro massa più alta significa che non emettono più energia dei raggi X quando sono guidati lungo percorsi curvi. Sono uno strumento che può essere utilizzato per esplorare la fisica fondamentale con alta precisione e alle alte energie necessarie per studiare la prossima generazione di particelle oltre il modello standard della fisica. Sono anche estremamente sensibili, in modi misurabili, agli effetti della fisica attualmente sconosciuta, principalmente a causa della loro maggiore massa.

C’è solo un problema

Vivono solo per circa due milionesimi di secondo. Ciò significa che sono difficili da creare in quantità sufficientemente grandi da sopravvivere abbastanza a lungo da poter essere utilizzati come strumenti di precisione.

Fortunatamente, la natura ha una lacuna descritta dalla teoria della relatività speciale di Einstein. Quando le particelle si muovono ad alta energia quasi alla velocità della luce, hanno una durata significativamente più lunga. I muoni creati a 15 chilometri sopra la superficie della Terra possono essere rilevati a livello del suolo a causa di questo effetto. Altrimenti, viaggerebbero meno di un chilometro prima di decadere.

Con queste “vie più estese”, i muoni possono essere creati, accelerati, immagazzinati e studiati da soli o sbattuti contro bersagli o l’uno contro l’altro. Quando infine decadono, danno luogo a una fornitura di neutrini di muoni, che sono utili per altri studi. Arrivare a questo punto, tuttavia, sarà estremamente impegnativo dal punto di vista tecnico.

La ricerca, il design e l’ingegneria necessari per rendere gli acceleratori e i collisori del muone sono stati a lungo considerati troppo difficili da tentare. Ma alcuni fisici hanno ripensato il problema alla luce di tecnologie di accelerazione più sofisticate e ora pensano che un collisore di muoni sia abbastanza fattibile.

Sarà comunque una lunga strada da percorrere per ottenere un collisore di muoni funzionante, ma lo sforzo creerà altri tipi di macchine ed esperimenti di fisica delle particelle lungo il percorso. Un collisore di muoni potrebbe essere la tecnologia necessaria per esplorare il nuovo mondo di particelle che i fisici si aspettano di rivelare dal Large Hadron Collider. Forse tra 50 anni, guarderemo indietro alla storia della fisica delle particelle e l’elenco delle particelle chiave includerà quel cugino più pesante, più longevo dell’elettrone, il muone.