venerdì 7 luglio 2017

CERN, osservata da LHCb nuova particella Xi con due quark pesanti


Un nuovo tipo di particelle è stato scoperto dagli scienziati del CERN utilizzando l'acceleratore più grande del mondo, il Large Hadron Collider (LHC). La particella, chiamata Xi-cc++ (si pronuncia "KSI-CC plus-plus"), apre la porta a una nuova frontiera della fisica, fornendo ai ricercatori un nuovo modo per indagare le forze fondamentali dell'Universo che compongono il Modello Standard della fisica delle particelle. Barioni come Xi-cc++ sono previsti dal Modello standard della fisica delle particelle - l'insieme delle leggi che descrivono i mattoni fondamentali della natura - ma questa è la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di confermare che esistono realmente.

La scoperta è in via di pubblicazione sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters e potrà aiutare a studiare il "collante" che tiene unita la materia, ossia per capire una delle quattro forze fondamentali della natura: la "strong force" ovvero la forza forte. La scoperta è stata annunciata ieri a Venezia durante la Conferenza della European Physical Society (EPS) sulla fisica delle alte energie (High Energy Physics HEP). L'esperimento LHCb al Large Hadron Collider (LHC) del CERN ha riportato l'osservazione di una nuova particella 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 (megaelettronvolt), 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 o "sapori" - alto, basso, fascino, strano, superiore e inferiore -, 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.


Il Modello Standard è, senza dubbio, la teoria scientifica di maggior successo mai messa insieme dal genere umano. Essa descrive una straordinaria ricchezza di fenomeni diversi con sorprendente precisione, dal meccanismo della fusione nucleare nelle stelle alla produzione della particella di Higgs. Tuttavia, sappiamo anche che la teoria è incompleta. Non include la gravità di Einstein, quindi non può descrivere fenomeni come le onde gravitazionali. In secondo luogo, non descrive la materia oscura né l'energia oscura, che rappresentano il 95% del bilancio energetico del nostro Universo. "Dal punto di vista sperimentale [questo è] un grande risultato", ha detto a WIRED Juan Rojo, un fisico delle particelle presso la Vrije Universiteit di Amsterdam.

"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.

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. Per approfondimenti: LHCb-public.Web.CERN




Foto: © CERN
Via: INFN Press

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