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Primo quark doppio incantato – I fisici del CERN hanno scoperto la combinazione più permanente di quattro quark fino ad oggi

Particolarmente strano: i fisici hanno scoperto per la prima volta un quark composto da due affascinanti quark pesanti e due antiquark più leggeri, il primo rappresentante di una classe completamente nuova di particelle a quattro quark. Questi tetraquark doppiamente pesanti sono candidati per rappresentanti stabili, e possibilmente stabili, di combinazioni di quark strani. La scoperta di una di queste particelle al Large Hadron Collider (LHC) del CERN apre nuove opportunità per la ricerca su questa strana forma di materia.

Nella materia ordinaria, i quark si presentano tipicamente in gruppi di tre, così come protoni e neutroni in un nucleo atomico. Ci sono anche mesoni a vita breve costituiti da quark e antiquark. Alla faccia dell’inventario classico. Tuttavia, negli ultimi anni i fisici hanno scoperto altri strani gruppi di quark negli acceleratori di particelle, comprese le particelle con quattroe cinque o anche sei quark.

Questo netto picco nella spettrometria di massa dei mesoni D conferma l’esistenza di un nuovo tetragonale. © Collaborazione LHCb / CERN

Il primo quark pesante a doppio quark

Ora c’è una crescita nello zoo delle particelle: i fisici in Large Hadron Collider (LHC) del centro di ricerca CERN ha scoperto il primo rappresentante di una nuova classe di quattro quark – il doppio quark pesante (Tcc)+). Queste particelle, costituite da due quark pesanti e due quark leggeri, sono state ipotizzate già negli anni ’80, ma da allora non sono state rilevate. Sono considerati i migliori candidati per adroni stabili nonostante la loro strana miscela di quark.

Questo è Tcc+Tetraquark è stato ora scoperto dai ricercatori del CERN. Nasce dalla collisione di protoni nell’acceleratore di particelle LHC ed è stato scoperto sulla base di una notevole “gobba” nella distribuzione di massa delle particelle catturate nel rivelatore LHCb. “Il tetraquark si manifesta come un picco stretto nello spettro di massa del mesone D”, descrivono i fisici il segnale.

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Secondo i ricercatori, la significatività statistica è più di 20 deviazioni – e finora al di sopra della soglia dei cinque sigma, da cui si parla di una scoperta nella fisica delle particelle.

magia(e) doppia

Il tetraquark appena scoperto è costituito da due quark charm, un antiquark up e un antiquark down. Ciò significa che non è solo il primo quark quaternario doppiamente ponderato, ma è anche il primo tetraedro a contenere due quark charm senza antiquark charm. I fisici si riferiscono a tale particella come dotata di una doppia “magia aperta” – una doppia dose di magia, per così dire.

Per molto tempo non è stato chiaro se queste particelle esistessero e se, come altri quark, fossero legate insieme dalla forza nucleare forte. “La tanto attesa scoperta di questa settimana mostra ora che un tale Tcc+“Il tetraquark esiste – e la sua firma può essere provata sperimentalmente”, hanno riferito i fisici della collaborazione LHCb il 29 luglio 2021 alla High Energy Physics Conference della Società europea.

Più resistente di tutti gli altri esotici

È interessante notare che il nuovo tetraquark è il più longevo di tutti gli adroni esotici conosciuti, riferiscono i fisici. Gli adroni sono tutte particelle che passano attraverso forte potenza nucleare insieme. La massa del tetraquark è leggermente inferiore al valore dei prodotti di decadimento: due mesoni D ciascuno costituito da un quark charm pesante e un antiquark leggero.

Pertanto, l’energia nello stato quaternario legato è leggermente superiore a quella dei prodotti di decadimento e questo è indice di una stabilità relativamente elevata. “Ciò significa che questo quaternione decade ancora in un mesonione D attraverso l’interazione forte, ma che avviene più lentamente e meno intensamente rispetto ad altri adroni esotici”, spiega il ricercatore di LHCb Ivan Polyakov della Syracuse University. La nuova particella conferma quindi che il tetraquark doppio pesante è infatti particolarmente stabile.

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Nuove intuizioni sugli adroni alieni

La scoperta del nuovo tetraquark consente ora di trarre le prime conclusioni sul prossimo, e forse più stabile, rappresentante di un tetraquark doppio pesante, una particella composta da due quark bottom con due antiquark leggeri. Tuttavia, questo adrone più pesante non può ancora essere rilevato con le attuali prestazioni dell’LHC ed è estremamente raro, spiega Polyakov.

La cosa più utile è che il suo cugino più leggero, il doppio “mago” Tetraquark, è facile da individuare e quindi anche ricercabile. “Nuovo Tcc+-Tetraquark è un argomento allettante per ulteriori ricerche. “Perché il suo decadimento include solo particelle facilmente rilevabili”, afferma il team di LHCb. “Ciò consente un’elevata precisione nella determinazione della massa e test rigorosi dei modelli teorici esistenti”. (Conferenza della Società Europea di Fisica sulla Fisica delle Alte Energie)EPS-HEP 2021))

Quelle: CERN, Collaborazione LHCb