Il simbolo che identifica la particella scoperta da Lhcb
Oggi, a Venezia, alla Conferenza della European Physical Society sulla fisica delle alte energie, l’esperimento Lhcb al Large Hadron Collider (Lhc del Cern ha riportato l’osservazione di una nuova particella, che è stata chiamata double charmed Xi (nell’immagine qui a fianco il suo simbolo), contenente due quark charm e un quark up. L’esistenza di questa particella della famiglia dei barioni era attesa dalle teorie attuali, ma i fisici sono stati alla ricerca di questi barioni con due quark pesanti per molti anni. La massa della particella recentemente identificata è di circa 3621 MeV, quasi quattro volte più pesante del barione più familiare, il protone, una proprietà che deriva dal fatto che contiene due quark charm, che sono appunto quark pesanti. È la prima volta che questa particella viene individuata con certezza.
La maggior parte della materia che vediamo intorno a noi è costituita da barioni, particelle comuni composte di tre quark: i più noti sono i protoni e i neutroni. Ma esistono sei tipi di quark, che in teoria si possono combinare in molti modi diversi per formare altri tipi di barioni. Solo che tutti i barioni finora osservati contenevano, al massimo, un solo quark pesante.
«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», spiega Giovanni Passaleva, il nuovo coordinatore della collaborazione Lhcb. «Queste particelle contribuiranno così a migliorare il potere predittivo delle nostre teorie».
«In contrasto con gli altri barioni finora noti, in cui i tre quark eseguono una elaborata danza l’uno attorno all’altro, ci aspettiamo che il barione con due quark pesanti agisca come un sistema planetario, dove i due quark pesanti giocano il ruolo di stelle che orbitano l’una attorno all’altra, mentre il quark più leggero orbita intorno a questo sistema binario», ha aggiunto Guy Wilkinson, ex-coordinatore della collaborazione.
Rappresentazione grafica della nuova particella. Crediti: Lhcb/Cern
Quindi, misurare le proprietà di questo barione contribuirà a stabilire come si comporta un sistema di due quark pesanti e un quark leggero. Importanti osservazioni possono essere ottenute misurando con precisione i meccanismi di produzione e di decadimento e la durata di vita di questa nuova particella.
L’osservazione di questo nuovo barione si è rivelata impegnativa ed è stata possibile grazie al fatto che Lhc produce un alto numero di quark pesanti, e che l’esperimento Lhcb ha capacità uniche ed è in grado di identificare il decadimento di particelle con quark pesanti con ottima efficienza. L’osservazione del nuovo barione a Lhcb apre alla possibilità di individuare altri rappresentanti della famiglia dei barioni con due quark pesanti, che ora saranno cercati a LHC.
Questo risultato si basa sui dati raccolti durante il run 2 a 13 TeV al Large Hadron Collider, e confermato utilizzando i dati a 8 TeV del run 1. La collaborazione ha sottomesso un articolo che riporta questi risultati alla rivista Physical Review Letters.