Fisica del Flavor e QCD su reticolo

Gli studi nel settore di fisica del flavor sono principalmente motivati dalla ricerca di fisica oltre il Modello Standard, per la quale esistono già evidenze sperimentali (masse dei neutrini, materia oscura, asimmetria materia-antimateria) e forti indicazioni teoriche. Queste ricerche si basano su misure di precisione volte a rivelare i contributi delle particelle della nuova fisica nelle correzioni quantistiche virtuali. A tale scopo è pertanto cruciale raggiungere un alto livello di accuratezza sia nelle misure sperimentali che nelle corrispondenti predizioni teoriche.

Il gruppo di Roma Tre svolge la sua attività seguendo due direzioni principali, le analisi fenomenologiche e gli studi numerici di QCD su reticolo. Relativamente alle prime, alcuni componenti del gruppo sono membri della collaborazione Link identifier #identifier__40765-1UTfit, una delle principali collaborazioni al mondo attive nelle analisi di fisica del flavor. Il suo obiettivo principale è la determinazione della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) e del triangolo di unitarietà, la cui area misura l’entità della violazione di CP nel Modello Standard. Questi studi si basano su un’analisi combinata di informazioni teoriche e sperimentali e permette di ottenere predizioni per un’ampia classe di osservabili, sia nel Modello Standard che oltre.

Nel settore adronico della fisica del flavor, l’interpretazione dei sempre più precisi risultati prodotti dagli esperimenti richiede un’altrettanto accurata determinazione teorica dei parametri adronici rilevanti (costanti di decadimento, fattori di forma ecc.) che racchiudono gli effetti non perturbativi delle interazioni forti. Per queste determinazioni l’approccio privilegiato è fornito dalle simulazioni numeriche di QCD su reticolo. Il nostro gruppo svolge attività in questo campo principalmente nell’ambito della collaborazione internazionale Extended Twisted Mass (ETMC), che coinvolge fisici di circa 20 istituti, ed utilizza per le simulazioni numeriche alcuni tra i più potenti supercomputer al mondo, come il BullSequana XH2000 “Leonardo” da 304,47 PFlop/s installato al centro di calcolo interuniversitario del Cineca. I risultati più importanti ottenuti dal nostro gruppo in questa attività includono le determinazioni delle masse dei quark (quotate dal PDG), il calcolo dei parametri adronici rilevanti per la determinazione dell’angolo di Cabibbo e degli altri elementi della matrice CKM e gli studi non perturbativi su reticolo delle correzioni elettromagnetiche e di isospin nelle osservabili di fisica  del flavor, che seguono la strada tracciata in questo ambito dai nostri lavori pionieristici sui mesoni Pi e K.

Proprietà termodinamiche della QCD tramite simulazioni numeriche su reticolo

• lo studio da principi primi del diagramma di fase a temperatura e densità  finite. Tali temperature e densità  sono sondate negli esperimenti di collisione di ioni pesanti ad alte energie e sono di rilevanza per le ripercussioni cosmologiche legate alla natura della transizione di confinamento, avvenuta nei primi microsecondi di vita dell’universo;
• lo studio della risposta della materia e del vuoto di QCD a campi magnetici intensi, presumibilmente rilevanti a tempi cosmologici, e presenti nelle collisioni non centrali di ioni pesanti in alcuni tipi di stelle compatte (magnetars);
• il calcolo delle proprietà  topologiche della QCD, di importanza centrale per la comprensione del problema della CP forte e per la predizione delle proprietà  degli assioni (uno dei possibili candidati di materia oscura).