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mercoledì 19 febbraio 2014

Microstoria di una violazione

Succede che nel 2010 presso il RHIC gli sperimentali riescono a violare la parità in un plasma di quark e gluoni. E succede che dopo tre anni circa presso i laboratori Jefferson siano riusciti a completare una misura riguardante proprio la violazione della parità in un urto tra elettroni e quark(6).
La cosa potrebbe avere un po' il gusto del tecnico, se non fosse che la parità è una trasformazione di simmetria secondo cui le leggi della fisica risultano conservate per un ribaltamento completo (inteso come cambio di segno) delle coordinate spaziali. O se preferite per uno scambio della destra con la sinistra. Una simile trasformazione lascia invariate le leggi della fisica classica, però quando si scende al livello delle particelle, questa bella simmetria risulta violata nelle interazioni deboli, quelle che guidano i decadimenti dei nuclei e dei mesoni. Infatti, e siamo poco dopo la metà del secolo scorso, succedeva che i mesoni $\theta^+$ e $\tau^+$ erano sperimentalmente identiche per massa e tempo di vita, ma presentavano dei canali di decadimento differenti e quindi dovevano anche essere due particelle distinte. I primi a proporre una soluzione alla questione furono i teorici Lee e Yang, che immaginarono come la parità non fosse strettamente conservata, avendo quindi come conseguenza che le due particelle di cui sopra altri non erano che una stessa particella, oggi chiamata kaone, che decadeva in due modi distinti(2).
La proposta dei due teorici, pubblicata nel 1956, attese appena un anno per poter essere verificata: la mitica Madame Wu, anche detta la Marie Curie della Cina, ovvero Chien-Shiung Wu, con un gruppo costituito da Ambler, Hayward, Hoppes e Hudson, studiando il decadimento beta del cobalto 60, scoprì tra i risultati un'evidenza della violazione della parità(3), che venne immediatamente verificata dal gruppo costituito da Garwin, Lederman e Weinrich(4). Anche i loro risultati uscirono nel 1957, meritando tra l'altro la pubblicazione sullo stesso numero di Physical Review che pubblicò l'articolo di Wu e soci.
Alla fine della fiera, il Premio Nobel per la Fisica del 1957 andò a Lee e Yang che avevano predetto la violazione della parità, mentre Madame Wu dovette attendere il Premio Wolf del 1978 (il primo ad essere assegnato, tra l'altro) per vedere riconosciuti i suoi meriti sperimentali. Certo, se vogliamo essere pignoli, è andata anche peggio a Cox, McIlwraith e Kurrelmeyer che già nel 1928 furono in grado di osservare, studiando i raggi beta, la violazione della parità(2). Il loro articolo cadde però sotto silenzio e sfuggì anche all'esame della letteratura fatto da Lee e Yang, che avevano cercato di capire qualcosa di più sulla questione da un punto di vista sperimentale. Certamente c'è da dire che all'epoca dell'esperimento di Cox e soci era piuttosto difficile immaginare il concetto di violazione della parità: non a caso il gruppo suggerì che l'asimmetria osservata dipendesse dalla polarizzazione dei raggi beta e soltanto il certosino lavoro di Amit Roy(5) ha riportato alla luce questa che, letteralmente, possiamo considerare una ricerca perduta, o quasi all'interno di un percorso più vasto che mira a comprendere meglio la struttura della materia e in particolare quella dei nucleoni e delle loro interazioni. E che nel dettaglio della ricerca pubblicata su Nature porta alla conclusione che nemmeno per i quark la parità è una simmetria fondamentale(6).
Per chi volesse ulteriormente approfondire, suggerisco la review, di una trentina di pagine, Parity-Violating Electron Scattering and Neucleon Structure (arXiv).
(1) Cox R.T., McIlwraith C.G. & Kurrelmeyer B. (1928). Apparent Evidence of Polarization in a Beam of beta-Rays., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 14 (7) 544-549. PMID:
(2) Lee T. & Yang C. (1956). Question of Parity Conservation in Weak Interactions, Physical Review, 104 (1) 254-258. DOI: (pdf)
(3) Wu C.S., Ambler E., Ayward R.W., Hoppes D.D. & Hudson R.P. (1957). Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay, Physical Review, 105 (4) 1413-1415. DOI: (pdf)
(4) Garwin R., Lederman L. & Weinrich M. (1957). Observations of the Failure of Conservation of Parity and Charge Conjugation in Meson Decays: the Magnetic Moment of the Free Muon, Physical Review, 105 (4) 1415-1417. DOI: pdf)
(5) Roy A. (2005). Discovery of parity violation, Resonance, 10 (12) 164-175. DOI: (pdf)
(6) Wang D., Pan K., Subedi R., Deng X., Ahmed Z., Allada K., Aniol K.A., Armstrong D.S., Arrington J. & Bellini V. & (2014). Measurement of parity violation in electron–quark scattering, Nature, 506 (7486) 67-70. DOI: (arXiv)

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