mercoledì 15 luglio 2015

CERN: LHCb osserva il pentaquark, particella esotica a cinque quark


Una particella esotica composta da cinque quark è stata scoperta una decina di anni dopo che gli esperimenti sembravano escluderne l'esistenza. La breve durata del "pentaquark" è stata avvistata dai ricercatori analizzando i dati sul decadimento delle particelle instabili durante l'esperimento LHCb al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, il laboratorio europeo delle particelle di fisica vicino a Ginevra. La scoperta, dice il portavoce LHCb Guy Wilkinson, apre una nuova era nella comprensione dei fisici della forte forza nucleare che tiene insieme i nuclei atomici. Il pentaquark, segnalato già negli anni Sessanta, era sfuggito fino ad oggi ad ogni tentativo di cattura.

Oggi, l'esperimento LHCb al CERN del Large Hadron Collider ha riportato la scoperta di una classe di particelle note come pentaquark. La collaborazione ha presentato un articolo che descrive questi risultati alla rivista Physical Review Letters. "Il pentaquark non è solo una nuova particella", ha detto il portavoce di LHCb Guy Wilkinson. "Rappresenta un modo per aggregare i quark, vale a dire i costituenti fondamentali dei protoni e neutroni ordinari, in un modello che non è mai stato osservato prima in oltre cinquant'anni di Ricerche sperimentali. Studiare le sue proprietà può permetterci di comprendere meglio come la materia ordinaria, i protoni e i neutroni, di cui siamo tutti fatti, è costituita".

La nostra comprensione della struttura della materia è stato rivoluzionata nel 1964, quando il fisico americano, Murray Gell-Mann, ha proposto che una categoria di particelle note come barioni, che comprende i protoni e i neutroni, sono composti di tre cariche frazionate chiamate quark, e che un'altra categoria, i mesoni, sono formati da coppie quark-antiquark. Gell-Mann fu insignito del Premio Nobel per la fisica per questo lavoro nel 1969. Questo modello a quark permette anche l'esistenza di altri stati  compositi di quark, come il pentaquark composto da quattro quark e un antiquark. Fino ad ora, tuttavia, nessuna prova conclusiva  del pentaquark era stata vista.


I ricercatori di LHCb hanno cercato stati  di pentaquark esaminando il decadimento di un barione conosciuto come Λ b (Lambda b) in altre tre particelle, una J/ψ (J-psi), un protone e un kaone carico. lo studio dello spettro di massa di J/ψ e il protone ha rivelato che gli stati intermedi sono stati a volte coinvolti nella loro produzione. Questi sono stati chiamati Pc(4450)+ e Pc(4380)+, il primo è chiaramente visibile come un picco nei dati. "Approfittando del grande insieme di dati forniti dal LHC, e l'eccellente precisione del nostro rivelatore, abbiamo esaminato tutte le possibilità per questi segnali, e concluso che essi possono essere spiegati solo da stati di pentaquark", dice il fisico di LHCb Tomasz Skwarnicki della Syracuse University.

"Più precisamente gli stati devono essere formati da due quark up, un quark down, un quark charm e un anti-quark charm", conclude Skwarnicki. 
La ricerca di questi nuovi agglomerati di quark dura da 50 anni. I primi esperimenti che hanno cercato i pentaquark si sono rivelati inconcludenti. L'esperimento LHCb differisce perchè è stato in grado di cercare pentaquark da molte prospettive, e tutte puntano alla stessa conclusione. È come se le ricerche precedenti avessero cercato sagome nel buio, mentre LHCb ha condotto la sua ricerca a luci accese e da tutte le angolazioni. Il passo successivo dell'analisi sarà quello di studiare come i quark sono legati all'interno dei pentaquark.

"I quark potrebbero essere strettamente legati", ha detto il fisico di LHCb Liming Zhang della Tsinghua University ", oppure potrebbe essere debolmente legato in una sorta di molecola mesone-barione, in cui mesone e barione sentono una forza residuale simile a quella vincolante dei protoni e neutroni per formare nuclei". Saranno necessari ulteriori studi per distinguere tra queste possibilità, e per vedere che cosa i pentaquark possono insegnarci. I nuovi dati che LHCb raccoglierà in LHC run 2 consentiranno di compiere progressi su queste questioni. Per maggiori informazioni vedere lo studio su ArXiv. Ulteriori informazioni sul sito web della collaborazione LHCb. Media Inaf ha intervistato il responsabile dell'esperimento per l'Infn, Alessandro Cardini.

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