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Nonostante i notevoli progressi della fisica delle particelle elementari, numerose osservazioni astrofisiche e cosmologiche non si accordano con la nostra conoscenza della fisica fondamentale. Si tratta effettivamente di domande relative all'evoluzione dell'Universo, dalla sua fase primordiale ad alta energia a quella attuale di bassa energia. Misure di precisione di decadimenti rari di particelle note come "mesoni-B", potrebbero gettare nuova luce su tali affascinanti interrogativi.

Lay summary

La fisica delle interazioni fondamentali è descritta dal cosiddetto Modello Standard delle particelle elementari. Esso descrive con grande precisione tutti gli esperimenti di fisica sub-nucleare, ma non si accorda con alcune osservazioni astrofisiche e cosmologiche. Non spiega l’esistenza della “materia oscura”, né la rapida espansione iniziale dell’Universo, conosciuta come “inflazione”. Negli ultimi 20 anni c'è stata una notevole proliferazione di teorie alternative per cercare di risolvere queste lacune.

Queste teorie postulano l’esistenza di nuove particelle, che avrebbero giocato un ruolo essenziale nella fase primordiale, ad alta energia, dell’Universo. Tuttavia,  finora non esistono conferme sperimentali della correttezza di alcuna di queste teorie, né forti indizi che aiutino a discriminare quali fra esse siano più promettenti. 

L'obiettivo della nostra ricerca è di trovare possibili evidenze indirette dell'esistenza di tali particelle a livello microscopico, sfruttando effetti quantistici. Infatti, l'esistenza di nuove particelle massive può produrre effetti misurabili in decadimenti rari di mesoni-B, alterando per esempio la probabilità che tali decadimenti avvengano.

I mesoni-B sono formati da un quark ed un anti-quark, e vengono copiosamente prodotti nelle interazioni protone-protone  all'acceleratore LHC operante al CERN di Ginevra, in  cui è in funzione l'esperimento LHCb. Sfruttando l’alta precisione di questo esperimento nel misurare decadimenti dei mesoni-B,  ci proponiamo di testare numerose teorie proposte.

Questi studi potrebbero quindi contribuire a chiarificare aspetti fondamentali dell'evoluzione dell'Universo primordiale, e conseguentemente di quello attuale, ed eventualmente permettere una descrizione più completa della Natura.