Il Fermilab di Batavia, USA, ha reso pubblici ieri i dati della terza e ultima misurazione dell’anomalia magnetica del muone, una delle verifiche più precise della teoria delle interazioni fondamentali. All’esperimento hanno lavorato a partire dall’inizio del progetto circa 200 scienziati di tutto il mondo, tra cui Alberto Lusiani della Scuola Normale Superiore.
PISA, 4 giugno 2025. Gli scienziati che lavorano all’esperimento Muon g-2, ospitato dal Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia (Fermilab, a Batavia, negli Stati Uniti), hanno reso pubblica ieri la loro terza e ultima misurazione dell’anomalia magnetica del muone. Il risultato concorda con la misura pubblicata nel 2006 dall’esperimento di Brookhaven e con le misure pubblicate a Fermilab nel 2021 e nel 2023. Le tre misure effettuate a Fermilab hanno una precisione complessiva di 127 parti per miliardo, superando l’obiettivo del progetto di 140 parti per miliardo.
L’esperimento Muon g-2 è stato condotto da una collaborazione internazionale che oggi conta 176 membri provenienti da 34 istituzioni in sette Paesi, inclusi diversi ricercatori e ricercatrici italiani finanziati dall' INFN, tra cui Alberto Lusiani (Scuola Normale Superiore). Lusiani è stato responsabile del calcolo della misura per la pubblicazione dei risultati parziali del 2021 e 2023 e del risultato finale ora, e dalla seconda metà del 2025 sarà il coordinatore nazionale italiano della collaborazione.
Il risultato è stato presentato nel corso di un seminario scientifico al Fermilab e inviato alla rivista Physical Review Letters.
I muoni, protagonisti dell’esperimento Muon g-2, sono particelle fondamentali simili agli elettroni, ma circa 200 volte più massicce. Come gli elettroni, essi possiedono la proprietà quantistica chiamata “spin”, che li rende simili a dei piccoli magneti: in presenza di un campo magnetico esterno, eseguono un moto rotatorio detto di precessione, assimilabile a quello di una trottola inclinata rispetto a un asse verticale. La velocità di precessione in un campo magnetico dipende dalle proprietà del muone, descritte da un numero chiamato “fattore g”, che secondo l'equazione quantistica relativistica per particelle di spin 1/2 formulata da Dirac nel 1928 è uguale a 2. Nel contesto del Modello Standard delle interazioni fondamentali, g ha un valore leggermente superiore a 2 per effetto delle interazioni del muone col campo magnetico intermediate dai campi del Modello Standard. La quantita' aμ = (g-2)/2 che quantifica la deviazione di g rispetto a 2 viene chiamata anomalia magnetica del muone.
Il valore misurato dell'anomalia magnetica del muone risente della presenza virtuale di tutte le particelle e interazioni della Natura, secondo il loro accoppiamento al muone e al campo magnetico. Se la misura differisce dalla predizione teorica abbiamo indicazione che esistono particelle o interazioni non previste dalla teoria che abbiamo oggi, il Modello Standard, che pur facendo moltissime predizioni precisamente verificate non include fenomeni osservati come le oscillazioni dei neutrini. Le misure dell'anomalia magnetica effettuate presso il Brookhaven National Laboratory tra la fine degli anni ‘90 e l’inizio degli anni 2000 e pubblicate in forma finale nel 2006 mostravano una significativa anche se non conclusiva discrepanza rispetto alla predizione teorica.
Le misure effettuate a Fermilab hanno mostrato che la misura sperimentale non conferma la predizione teorica. Parallelamente alla collaborazione sperimentale, la collaborazione di fisici teorici denominata "Muon g-2 Theory Initiative" ha lavorato intensamente per rivedere e migliorare la predizione teorica. Questo lavoro, e anche recenti misure sperimentali dell'annichilazione di elettroni e positroni con produzione di adroni, hanno evidenziato dei problemi nella predizione teorica. Negli anni tra il 2020 e il 2025 tuttavia c'e' stato un progressivo significativo miglioramento del calcolo su reticolo del contributo principale della cromodinamica quantistica all'anomalia magnetica del muone. Utilizzando tre nuovi calcoli su reticolo pubblicati su rivista, e mettendo da parte le misure di annichilazione di elettroni e positroni per futuri approfondimenti e miglioramenti, la collaborazione "Muon g-2 Theory Initiative" ha pubblicato la scorsa settimana un radicale aggiornamento della predizione teorica, che ora risulta compatibile con la misura sperimentale.
In futuro, la collaborazione completerà la misurazione del momento di dipolo elettrico del muone, e una ricerca di violazione della simmetria CPT (simmetria di carica, parità e inversione temporale), due altre verifiche di precisione della teoria delle interazioni fondamentali che potrebbero rivelare fenomeni fisici oggi non previsti e sconosciuti.
