Xi, il barione che non c’era

L’esperimento LHCb del Large Hadron Collider ha confermato l’esistenza di una nuova particella appartenente alla classe dei barioni, formati da tre quark. Si tratta però di una specie rara, perché formata da due quark di tipo “charm”, di massa molto elevata

Due quark pesanti che ruotano l’uno intorno all’altro come in un sistema planetario binario, più un terzo quark più leggero che orbita intorno a questo sistema, come se fosse un pianeta. È questa l’immagine usata dai ricercatori della collaborazione LHCb per descrivere la complessa dinamica interna della nuova particella, chiamata Xicc++, scoperta presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, in Svizzera. L’annuncio è stato dato il 6 luglio a Venezia nel corso della Conferenza della European Physical Society (EPS) sulla fisica delle alte energie.

Rappresentazione artistica di Xi (Cortesia CERN)
Rappresentazione artistica di Xi (Cortesia CERN)

E proprio le altissime energie di LHC hanno permesso per la prima volta di individuare con certezza la particella Xi, dopo anni di ricerche sperimentali tese a verificarne l’esistenza, prevista dalle attuali teorie della fisica delle particelle: il risultato è infatti emerso da run 2, la seconda sessione di funzionamento del Large Hadron Collider, condotta all’energia di 13 TeV (teraelettronvolt, mille miliardi di elettronvolt), confermando le indicazioni emerse durante run 1 a 8 TeV.
 
Secondo quanto dichiarato dagli autori della scoperta, Xicc++ appartiene alla classe dei barioni, particelle che costituiscono la maggior parte della materia che osserviamo intorno a noi, e che a livello microscopico sono formati da tre quark, così come i protoni e i neutroni, che sono i costituenti del nucleo di tutti gli elementi.
 
La particolarità di Xi si comprende considerando le diverse combinazioni di quark – i costituenti essenziali della materia, di sei tipi diversi – che possono formare barioni. Due quark “up” e un quark “down” per esempio formano un protone, mentre due quark “down” e un “up” formano un neutrone. Tutti i barioni finora osservati avevano una particolarità: sono formati al massimo da un quark di massa elevata, come per esempio il quark denominato “charm” (o “incanto”).

La nuova particella scoperta al CERN viola questa regola, ed è formata da un quark “up” e due quark “charm”, responsabili della sua massa estremamente elevata, quattro volte superiore a quella del protone: 3621 MeV (milioni di elettronvolt).
 
“Trovare un barione con due quark pesanti è di grande interesse perché può fornire uno strumento unico per approfondire la cromodinamica quantistica, la teoria che descrive l’interazione forte, una delle quattro forze fondamentali”, ha spiegato Giovanni Passaleva, il nuovo coordinatore della collaborazione LHCb. “Queste particelle contribuiranno così a migliorare il potere predittivo delle nostre teorie”.

I ricercatori della collaborazione LHCb all'interno della struttura che ospita l'esperimento (Cortesia CERN)
I ricercatori della collaborazione LHCb all’interno della struttura che ospita l’esperimento (Cortesia CERN)

In sostanza l’osservazione di questo nuovo barione, che verrà descritta in un articolo di prossima pubblicazione su “Physical Review Letters”, è un primo passo in una regione della fisica delle particelle ancora in gran parte inesplorata, e che riguarda il comportamento di sistemi con due quark pesanti e un quark leggero. In questa nuova fase di ricerca sarà ancora fondamentale il contributo di LHC, che produce un alto numero di quark pesanti, e dell’esperimento LHCb, in grado di identificare il decadimento di particelle con quark pesanti con notevole efficienza.

 

Articolo di LeScienze.it originariamente pubblicato su Le Scienze.

 

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10 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Caro @Gaetano M., io non mi cruccerei più di tanto. Come sai, nell'universo tutte le combinazioni possibili si concretizzano.
    Questa è una delle tante possibilità che si possono concretizzare, ad alte energie. Se dovesse in qualche modo presentare caratteristiche diverse da quelle attese, allora potrebbe raccontarci qualcosa a noi ignoto di questo universo...

  2. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Caro @Gaetano M., io non mi cruccerei più di tanto. Come sai, nell'universo tutte le combinazioni possibili si concretizzano.
    Questa frase la sottoscrivo come "Manifesto" del Multiverso

  3. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Questa è una delle tante possibilità che si possono concretizzare, ad alte energie. Se dovesse in qualche modo presentare caratteristiche diverse da quelle attese, allora potrebbe raccontarci qualcosa a noi ignoto di questo universo...
    Infatti... non sarà semplice (immagino) spiegare questo +2. Non mi pare di aver mai letto di particelle elementari con carica +2, pronto a ricredermi naturalmente.

  4. Beh, dipende solo dalle cariche dei quark che lo compongono. E, ovviamente, è una particella instabile che non esiste in natura, perchè si decompone rapidamente. Ma chissà, durante i primi istanti del Big Bang, ad altissime energie, potrebbe essere stata determinante...

  5. Quello che ormai si può dire è che la Supersimmetria e le Stringhe sono rimaste al palo. Non comunicano nessuna evidenza, purtroppo.

  6. Caro @Gaetano M., è un giusto collegamento. Con quei livelli di energia in ballo, è inevitabile che si formino diversi tipi di particelle che decadono rapidamente. Più è grande l'energia, e maggiore sarà la massa delle particelle coinvolte.
    E chissà... Magari salterà fuori qualcosa di imprevisto...