Simmetria CP: differenze tra le versioni

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In [[fisica]] la '''simmetria CP''' è una [[simmetria (fisica)|simmetria]] quasi esatta delle [[legge fisica|leggi di natura]] sotto l'effetto dello scambio simultaneo di [[particella (fisica)|particelle]] con le corrispondenti [[antiparticella|antiparticelle]] ([[Simmetria C]]) e dell'inversione delle coordinate spaziali ([[Parità (fisica)|Simmetria P]]). Questa simmetria è considerata più fondamentale delle singole C e P, che risultano grossolanamente violate in tutti i fenomeni fisici dovuti all'[[interazione debole]].

== Descrizione ==

Un [[Sistema fisico|sistema]] o un [[fenomeno]] fisico esibisce la simmetria CP quando effettuando i summenzionati scambi si ottiene ancora un sistema o un fenomeno osservato in Natura. Questa simmetria è considerata più fondamentale delle singole C e P, che risultano grossolanamente violate in tutti i fenomeni fisici dovuti all'[[interazione debole]].

Un [[Sistema fisico|sistema]] o un [[fenomeno]] fisico esibisce la simmetria CP quando effettuando i summenzionati scambi si ottiene ancora un sistema o un fenomeno osservato in Natura. Per esempio un [[neutrino]] esiste in natura, in ottima approssimazione, con un'unica direzione possibile per il proprio [[spin]]. Sotto effetto dello scambio con la sua [[antiparticella]], o coniugazione di carica, si otterrebbe un anti-neutrino con la stessa direzione di spin, che in natura non esiste; analogamente sotto effetto dell'operazione di parità si otterrebbe un neutrino con direzione relativa opposta dello spin, anch'esso non osservato in natura. Effettuando entrambe le operazioni si ha un anti-neutrino con spin invertito, che è una particella reale.

Per esempio un [[neutrino]] esiste in natura, in ottima approssimazione, con un'unica direzione possibile per il proprio [[spin]]. Sotto effetto dello scambio con la sua [[antiparticella]], o coniugazione di carica, si otterrebbe un anti-neutrino con la stessa direzione di spin, che in natura non esiste; analogamente sotto effetto dell'operazione di parità si otterrebbe un neutrino con direzione relativa opposta dello spin, anch'esso non osservato in natura. Effettuando entrambe le operazioni si ha un anti-neutrino con spin invertito, che è una particella reale.

== Violazioni della simmetria ==

Quando la simmetria CP non è rispettata si parla di violazione della simmetria CP o in breve di ''violazione di CP''; si tratta della più piccola violazione di una simmetria fisica nota in natura e come tale rappresenta uno dei campi di ricerca più attivi nella [[fisica delle particelle elementari]]. La possibilità della violazione CP è prevista dalla teoria dell'[[interazione elettrodebole]] prevede la possibilità di violazione CP grazie alla presenza di una fase complessa nella [[matrice CKM]]; condizione necessaria per la comparsa di questa fase è la presenza di almeno tre generazioni di [[Quark (particella)|quark]]. InveceAnche nonla viteoria è alcuna evidenza sperimentale di violazione della simmetria CP nelledelle [[interazione forte|interazioni forti]], ovvero nellala [[cromodinamica quantistica]]., Ciòammette costituiscela ilviolazione cosiddettodella ''[[problema dellasimmetria CP, forte]]'ma, contrariamente al caso dell'interazione debole, non vi è in quantotale laambito alcuna evidenza sperimentale della violazione,. purCiò noncostituisce osservata,il ècosiddetto permessa[[problema dalladella teoriaCP forte]].

Per molto tempo la simmetria CP è stata considerata una simmetria esatta della natura, ma la sua violazione, in una forma cosiddetta indiretta, è stata riscontrata nei processi che coinvolgono il [[kaone]] neutro in esperimenti condotti nel [[1964]] presso il laboratorio statunitense di [[Brookhaven National Laboratory|Brookhaven]], esperimenti che hanno fruttato il [[premio Nobel per la fisica]] del 1980 a [[James Cronin]] e [[Val Fitch]].

PerLa moltoviolazione tempo ladella simmetria CP è stata considerata una simmetria esatta della natura, ma la sua violazione, in una forma cosiddetta indiretta, è stata riscontrata neiper processila cheprima coinvolgono il [[kaone]] neutro in esperimenti condottivolta nel [[1964]] presso il laboratorio statunitense di [[Brookhaven National Laboratory|Brookhaven]], in esperimenti chesu hannoprocessi fruttatoche coinvolgono il [[premio Nobel per la fisicakaone]] delneutro, 1980 a [[James Cronin]] e [[Val Fitch]].

A conclusione di trentennali campagne di ricerca, una seconda manifestazione della violazione della simmetria CP sempre riguardante i [[kaone|kaoni]], la cosiddetta violazione diretta, è stata annunciata nel 2001 da esperimenti svolti presso il [[CERN]] di [[Ginevra]] e il [[Fermilab]] negli USA: questa scoperta ha provato che la violazione di CP è un fenomeno universale nei processi dovuti alle interazioni deboli.

che hanno fruttato il [[premio Nobel per la fisica]] del 1980 a [[James Cronin]] e [[Val Fitch]]. A conclusione di trentennali campagne di ricerca, una seconda manifestazione della violazione della simmetria CP sempre riguardante i [[kaone|kaoni]], la cosiddetta violazione diretta, è stata annunciata nel 2001 da esperimenti svolti presso il [[CERN]] di [[Ginevra]] e il [[Fermilab]] negli USA: questa scoperta ha provato che la violazione di CP è un fenomeno universale nei processi dovuti alle interazioni deboli. Nel 2002 la violazione CP è stata ulteriormente dimostrata dagli esperimenti [[Esperimento BaBar|BaBaR]], condotti da una collaborazione internazionale di varie centinaia di scienziati presso l'[[acceleratore di particelle|acceleratore]] lineare di particelle di [[Stanford (California)|Stanford]], in [[California]], e dall'[[Esperimento Belle|Belle]], analogo progetto presso l'acceleratore di KEK, a [[Tsukuba]], in [[Giappone]]. Se la simmetria CP fosse esattamente validaesatta, il tasso di decadimento del [[mesone]] B e della sua anti-particella sarebbero identici in ogni stato finale, mentre i suddetti esperimenti hanno dimostrato che non èil cosìcontrario. I risultati sono definitivi e sono stati desunti dall'analisi dei risultati di molti milioni di eventi.<ref>{{en}} {{Cita pubblicazione|autore=The Belle Collaboration|anno=2008|mese=marzo|titolo=Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays|rivista=Nature|volume=452|numero=7185|pp=332-335|doi=10.1038/nature06827|

url=httphttps://www.nature.com/nature/journal/v452/n7185/full/nature06827.html}}</ref><ref>{{en}} {{Cita pubblicazione|autore=Michael E. Peskin|anno=2008|mese=marzo|titolo=Particle physics: Song of the electroweak penguin|rivista=Nature|volume=452|numero=7185|pp=293-294|doi=10.1038/452293a|

url=https://www.nature.com/nature/journal/v452/n7185/full/452293a.html}}</ref>Nel 2019 è stata dimostrata la violazione CP anche in esperimenti riguardanti i mesoni D neutri<ref>{{Cita web|url=https://home.infn.it/it/comunicazione/comunicati-stampa/3476-asimmetria-materia-antimateria-osservata-per-la-prima-volta-la-violazione-di-cp-nelle-particelle-charm|titolo=ASIMMETRIA MATERIA-ANTIMATERIA: OSSERVATA PER LA PRIMA VOLTA LA VIOLAZIONE DI CP NELLE PARTICELLE CHARM|autore=varaschin|sito=home.infn.it|lingua=it-it|accesso=2021-02-07|dataarchivio=7 novembre 2020|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20201107223808/https://home.infn.it/it/comunicazione/comunicati-stampa/3476-asimmetria-materia-antimateria-osservata-per-la-prima-volta-la-violazione-di-cp-nelle-particelle-charm|urlmorto=sì}}</ref>.

La violazione della simmetria CP è di fondamentale importanza perché dimostra che nelle leggi di Natura esiste una seppur piccola asimmetria tra [[materia (fisica)|materia]] e [[antimateria]]. Questa asimmetria avrebbe determinato la prevalenza della prima sulla seconda dando luogo all'[[asimmetria barionica]] e fornendo la spiegazione che tutto l'[[universo osservabile]] consiste di particelle e non di anti-particelle. Se la simmetria fosse stata perfetta l'[[annichilazione]] completa fra materia e antimateria avrebbe impedito la formazione dell'universo attuale. L'asimmetria materia-antimateria che può scaturire a seguito di una violazione della simmetria CP, combinata con altri necessari fenomeni quali la violazione del [[numero barionico]] e la condizione che il processo avvenga in non-equilibrio termodinamico, potrebbe per non essere sufficiente a spiegare l'asimmetria reale osservata oggi. Diversi programmi sperimentali hanno come scopo la ricerca di anti-particelle primordiali nell'universo.

Nel 2002 la violazione CP è stata ulteriormente dimostrata dagli esperimenti [[Esperimento BaBar|BaBaR]], condotti da una collaborazione internazionale di varie centinaia di scienziati presso l'[[acceleratore di particelle|acceleratore]] lineare di particelle di [[Stanford (California)|Stanford]], [[California]], e [[Esperimento Belle|Belle]], analogo progetto presso l'acceleratore di KEK, [[Tsukuba]], in [[Giappone]]. Se la simmetria CP fosse esattamente valida, il tasso di decadimento del [[mesone]] B e della sua anti-particella sarebbero identici in ogni stato finale, mentre i suddetti esperimenti hanno dimostrato che non è così. I risultati sono definitivi e sono stati desunti dall'analisi dei risultati di molti milioni di eventi<ref>{{en}} {{Cita pubblicazione|autore=The Belle Collaboration|anno=2008|mese=marzo|titolo=Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays|rivista=Nature|volume=452|numero=7185|pp=332-335|doi=10.1038/nature06827|

url=http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7185/full/nature06827.html}}</ref><ref>{{en}} {{Cita pubblicazione|autore=Michael E. Peskin|anno=2008|mese=marzo|titolo=Particle physics: Song of the electroweak penguin|rivista=Nature|volume=452|numero=7185|pp=293-294|doi=10.1038/452293a|

url=http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7185/full/452293a.html}}</ref>

L'asimmetria materia-antimateria che può scaturire a seguito di una violazione della simmetria CP nei [[Quark (particella)|quark]], combinata con altri necessari fenomeni quali la violazione del [[numero barionico]] e la condizione che il processo avvenga in non-equilibrio termodinamico, potrebbe però non essere sufficiente a spiegare l'asimmetria reale osservata oggi. È stato proposto che una violazione della simmetria CP nei [[Leptone|leptoni]] potrebbe spiegare l'attuale disparità materia-antimateria attraverso un processo chiamato [[leptogenesi]]<ref>Fukugita, M. & Yanagida, T. Baryogenesis without grand unification. Phys. Lett. B 174, 45–47 (1986)</ref>. La violazione nei leptoni è stata evidenziata per la prima volta nel 2020 dal gruppo T2K ("Tokai to Kamioka”), che utilizzando l’osservatore di neutrini Super-Kamiokande ha osservato un'asimmetria CP tra le [[Oscillazione del neutrino|oscillazioni]] dei [[Neutrino|neutrini]] e [[Antineutrino|antineutrini]]. Misurazioni future con set di dati più grandi potrebbero verificare se la violazione di CP leptonica è maggiore della violazione di CP nei quark.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=K.|cognome=Abe|data=2020-04|titolo=Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations|rivista=Nature|volume=580|numero=7803|pp=339-344|lingua=en|accesso=2020-04-17|doi=10.1038/s41586-020-2177-0|url=https://www.nature.com/articles/s41586-020-2177-0|nome2=R.|cognome2=Akutsu|nome3=A.|cognome3=Ali}}</ref> Contemporaneamente, sono in corso diversi programmi sperimentali che hanno come scopo la ricerca di anti-particelle primordiali nell'universo.

La violazione della simmetria CP è di fondamentale importanza perché dimostra che nelle leggi di Natura esiste una seppur piccola asimmetria tra [[materia (fisica)|materia]] e [[antimateria]]. Questa asimmetria avrebbe determinato la prevalenza della prima sulla seconda dando luogo all'[[asimmetria barionica]] e fornendo la spiegazione che tutto l'[[universo osservabile]] consiste di particelle e non di anti-particelle. Se la simmetria fosse stata perfetta l'[[annichilazione]] completa fra materia e antimateria avrebbe impedito la formazione dell'universo attuale. L'asimmetria materia-antimateria che può scaturire a seguito di una violazione della simmetria CP, combinata con altri necessari fenomeni quali la violazione del [[numero barionico]] e la condizione che il processo avvenga in non-equilibrio termodinamico, potrebbe per non essere sufficiente a spiegare l'asimmetria reale osservata oggi. Diversi programmi sperimentali hanno come scopo la ricerca di anti-particelle primordiali nell'universo.

== Note ==

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== Bibliografia ==

*{{Cita libro|autore=Sozzi, M.S.|titolo=Discrete symmetries and CP violation|editore=Oxford University Press|anno=2008|isbn=978-0-19-929666-8}}

*{{Cita libro | autore=Griffiths, David J. | titolo=Introduction to Elementary Particles | url=https://archive.org/details/introductiontoel0000grif_o7r4 | editore=Wiley, John & Sons, Inc | anno=1987 | isbn=0-471-60386-4 }}

*{{Cita libro | autore= R. F. Streater and A. S. Wightman | titolo=PCT, spin statistics and all that| editore=Benjamin/Cummings | anno=1964 | isbn=0-691-07062-8}}

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== Collegamenti esterni ==

* [httphttps://www.arxiv.org/abs/hep-ph/9712475] I. Bigi, ''CP violation, an essential mystery in Nature's grand design''. Invited lecture given at the XXV ITEP Winterschoold of Physics, February 18-27, 1997, Moscow, Russia, at 'Frontiers in Contemporary Physics', May 11-16, 1997, Vanderbilt University, Nashville, USA, and at the International School of Physics 'Enrico Fermi', CXXXVII Course 'Heavy Flavour Physics: A Probe of Nature's Grand Design', Varenna, Italy, July 8-18, 1997. hep-ph/9803479.

* {{cita web|http://www.slac.stanford.edu/BFROOT/|Official BaBar Website}}

* {{cita web|http://belle.kek.jp/|Official Belle Website}}

* {{cita web |http 1 = https://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/05/2.html | 2 = Charge, Parity, and Time Reversal (CPT) Symmetry | accesso = 4 maggio 2019 | dataarchivio = 6 ottobre 2018 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20181006202340/http://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/05/2.html | urlmorto = sì }}

* {{cita web|http://pdg.lbl.gov/2004/reviews/cpt_s011254.pdf|Particle data group on CPT}}