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Chicago / Piana di Monteverna – Fermi National Accelerator Laboratory, primi risultati dell’esperimento Muon g-2: il contributo di Mastroianni

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Chicago / Piana di Monteverna – Il 7 Aprile 2021 la collaborazione internazionale Muon g-2 ha annunciato  presso il Fermi National Accelerator Laboratory (FermiLab) di Batavia, vicino Chicago, il centro statunitense per le ricerche in fisica delle particelle, il risultato di una nuova misura delle proprietà magnetiche del muone.  Il muone, scoperto nel 1936, è una particella elementare a tutti gli effetti puntiforme identica all’elettrone per carica ma con una massa circa 200 volte maggiore che lo rende instabile decadendo in 2,2 milionesimi di secondo in elettrone e particelle ultraleggere chiamate neutrini.  Ha inoltre una proprietà chiamata spin, che lo fa comportare come un minuscolo magnete.  Tutte queste proprietà rendono il muone un candidato perfetto per testare il Modello Standard delle particelle elementari con cui al momento i fisci descrivono le interazioni fondamentali e fanno previsoni teoriche. Ma qualche volta accade che la natura ci sorprende. Infatti,  i risultati della nuova misura del momento magnetico del muone del Fermilab risulta essere in grande disaccordo con i calcoli attesi aprendo così una finestra di osservazione su effetti di “nuova fisica” dovuta per esempio a nuove particelle e nuove forze.  L’esperimento, cominciato nel 2018,  consiste in un fascio di muoni prodotti dall’acceleratore del Fermilab ed iniettati in un magnete superconduttore ad anello di 15 metri di diametro, dove vengono fatti circolare migliaia di volte con velocità prossima a quella della luce prima di poterli misurare raccogliendo gli elettroni di decadimento. La precisione della misura effettuata è estremamente elevata – 460 parti per miliardo – che si raggiunge raccogliendo diversi miliardi di muoni ma nello stesso tempo controllando in maniera maniacale tutti gli effetti sistematici dell’apparato di misura. Per raggiungere tale obiettivo è stato fondamentale il contributo italiano finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) che consiste in un sofisticato sistema di calibrazione basato su impulsi laser realizzato in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ottica (INO-CNR).
Oltre allo sviluppo e alla realizzazione di questo sistema l’INFN, tra i fondatori della collaborazione, ha svolto e continua a svolgere un ruolo centrale all’interno dell’esperimento Muon g-2, composta da 200 scienziati provenienti da 35 istituzioni di 7 diversi paesi il cui attuale co-portavoce è Graziano Venanzoni ricercatore della sezione INFN di Pisa. Il gruppo italiano, guidato da Marco Incagli ricercatore INFN della sezione di Pisa, conta 32 ricercatori appartenenti  alle strutture dell’INFN di Napoli, Pisa, Roma Tor Vergata, Trieste, Udine, e dei Laboratori Nazionali di Frascati. Il gruppo di ricercatori della sezione INFN di Napoli guidato dal prof. Michele Iacovacci ha contribuito fin dall’inizio alla collaborazione Muon g-2 con la realizzazione dell’elettronica di controllo dei laser e monitor della stabilità degli impulsi di calibrazione in grado di apprezzare piccolissime variazioni, fino a 1 parte su 10000, dei segnali. Il progetto dell’elettronica è stato sviluppato grazie al Servizio Elettronica e Rivelatori della sezione INFN di Napoli, specificamente con il contributo importante di Paolo di Meo dell’INFN di Napoli. La realizzazione dell’elettronica di gestione dei laser e del sistema di acquisizione dati (DAQ) di calibrazione è stata coordinata da Stefano Mastroianni, ricercatore della sezione INFN di Napoli e attualmente co-responsabile del DAQ dell’esperimento Muon g-2. La presente misura si basa sul primo set dei dati dell’anno 2018 (Run1); al momento l’esperimento continua la raccolta dei dati per il quarto anno consecutivo (Run4) e nel giro di un anno e mezzo si attende una seconda misura che è 2 volte più precisa di quella appena annunciata. Perciò state sintonizzati.

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