La collaborazione LHCb ha osservato un tipo di particella a quattro quark mai vista prima. La scoperta, presentata in un recente seminario al CERN, e descritta in un articolo pubblicato nei giorni scorsi sul server di prestampa arXiv, è probabilmente la prima di una classe di particelle mai scoperta prima.
La scoperta aiuterà i fisici a comprendere meglio i complessi modi in cui i quark si legano insieme in particelle composite, come i protoni e i neutroni onnipresenti che si trovano all’interno dei nuclei atomici.
Una particella a quattro quark: gli adroni
I quark si combinano in genere in gruppi di due e tre per formare particelle chiamate adroni. Per decenni, tuttavia, i teorici hanno predetto l’esistenza di adroni a quattro quark e cinque quark, che a volte sono descritti come tetraquark e pentaquark. Negli ultimi anni esperimenti tra cui LHCb hanno confermato l’esistenza di molti di questi adroni esotici. Queste particelle costituite da insolite combinazioni di quark sono un “laboratorio” ideale per studiare una delle quattro forze fondamentali conosciute della natura, la forte interazione che lega i protoni, i neutroni e i nuclei atomici che compongono la materia.
La conoscenza dettagliata della forte interazione è essenziale anche per determinare se nuovi processi inaspettati sono un segno della nuova fisica o solo della fisica standard.
“Le particelle composte da quattro quark sono già esotiche, e quella che abbiamo appena scoperto è la prima a essere composta da quattro quark pesanti dello stesso tipo, in particolare due charm quarks e due charm antiquarks”, afferma il portavoce uscente del Collaborazione LHCb, Giovanni Passaleva. “Fino ad ora, l’LHCb e altri esperimenti avevano osservato solo tetraquark con al massimo due quark pesanti e nessuno con più di due quark dello stesso tipo.”
Una particella a quattro quark: la natura delle particelle di materia ordinaria
“Queste particelle pesanti esotiche forniscono casi estremi ma teoricamente abbastanza semplici con cui testare modelli che possono quindi essere utilizzati per spiegare la natura delle particelle di materia ordinaria, come protoni o neutroni. È quindi molto eccitante vederli apparire in collisioni per la prima volta a LHC”, spiega il portavoce LHCb, Chris Parkes.
Il gruppo di LHCb ha trovato il nuovo tetraquark usando la tecnica della caccia alle particelle per cercare un eccesso di eventi di collisione, noto come bump, su uno sfondo uniforme di eventi.
Passando al set completo di dati LHCb, dalla prima e seconda serie del Large Hadron Collider, che si è svolto rispettivamente dal 2009 al 2013 e dal 2015 al 2018, i ricercatori hanno rilevato un bump nella distribuzione di massa di una coppia di particelle J/ψ, che consistono in uno charm quark e uno charm antiquark.
Una particella a quattro quark: una scoperta entusiasmante
L’urto ha un significato statistico di più di cinque deviazioni standard, la solita soglia per rivendicare la scoperta di una nuova particella, e corrisponde a una massa in cui si prevede che esistano particelle composte da quattro charm quark.
Come nelle precedenti scoperte sul tetraquark, non è del tutto chiaro se la nuova particella sia un “vero tetraquark”, ovvero un sistema di quattro quark strettamente legati tra loro, o una coppia di particelle di due quark debolmente legate in una struttura simile a una molecola. In entrambi i casi, il nuovo tetraquark aiuterà i teorici a testare i modelli della cromodinamica quantistica, la teoria della forte interazione.
