Nuove scoperte sui gluoni, le particelle che fanno da collante

Una particella subatomica a lungo cercata dai fisici chiamata gluone potrebbe essere stata nascosta in bella vista nel più grande acceleratore di atomi del mondo. Nuovi calcoli suggeriscono che una particella presentatasi al Large Hadron Collider (LHC) di Ginevra, in Svizzera, è in realtà un gluone, una particella bizzarra fatta esclusivamente di particelle subatomiche conosciute come gluoni. Fedele al suo nome, i gluoni portano con sè la forza nucleare piuttosto potente che agisce all’interno del nucleo, fornendo una sorta di collante che tiene protoni e neutroni legati al nucleo di un atomo.

Se la particella del LHC è un gluone, sarebbe a ben guardare una stravaganza della materia e della scienza. Tutte le altre particelle che sono state osservate finora combinano gluoni e quei blocchi elementari della materia noto come quark.

glueball

L’idea è che, in linea di principio, quegli stessi gluoni possano formare un strato legato, senza la necessità di altre particelle o elementi noti, tra cui i già citati quark”, ha detto il co-autore del nuovo studio Frederic Brunner, candidato al dottorato in fisica presso l’Università di Tecnologia di Vienna, in Austria. “Questo è in qualche modo notevole.”

Una particella prevista da tempo ma mai individuata

Nel lontano 1920, quasi un secolo fa, i fisici già sapevano che il nucleo dell’atomo conteneva la carica positiva dei protoni. Ma sapevano anche che le cose o le particelle con la stessa carica si respingono l’un l’altra, e non riuscivano a capire come quei protoni sarebbero potuti restare schiacciati negli spazi ristretti del nucleo atomico senza generare una forza repulsiva omogenea.

I ricercatori hanno poi dimostrato che la forza nucleare abbastanza potente che agisce all’interno del nucleo deve contrastare la forza repulsiva di spinta che parte dai protoni. Più tardi, i fisici hanno ipotizzato che i protoni e i neutroni (chiamati collettivamente nucleoni) erano fatti di particelle ancora più piccoli, chiamati quark. Poiché tutte le forze agiscono attraverso altre particelle nella fisica delle particelle, sospettavano che la forza nucleare in questione legasse questi quark insieme ad un’altra particella, che hanno soprannominato appunto gluone.

Nel 1972 il fisico Murray Gell-Mann si è reso poi conto che una particella composta interamente di gluoni era teoricamente possibile. Nel corso degli anni, diversi sentori d’ombra della particella (ora chiamata gluone) sono stati trovati in diversi esperimenti, ma nessuno poteva mai dimostrare che ciò che avevano visto era un vero gluone, ha detto Brunner a Science.

Osservazioni sui nuovi dati del LHC: adroni e mesoni

Ma i dati del LHC potrebbero già avere le prove dell’esistenza dei gluoni, ha detto Brunner. Tra le macerie di miliardi di collisioni atomiche che avvengono all’interno di un acceleratore, tra i protoni, vi sono anche particelle subatomiche chiamate adroni, che svolazzano libere per breve tempo, per poi decadere in particelle subatomiche ancora più piccole.

Questi modelli di decadimento lasciano una traccia fugace su rivelatori ultrasensibili dell’LHC. Sulla base del modello di decadimento, i fisici hanno concluso che questi prodotti di decadimento avvistati erano mesoni, o una categoria di particelle subatomiche che mediano la forza nucleare potente di cui abbiamo parlato.

I dati del LHC non hanno rivelato esattamente ciò che sono questi mesoni, ma hanno dato loro dei nomi provvisori – f0 (1500) e F0 (1710).

Così Brunner e il suo consulente di dottorato, il fisico teorico Anton Rebhan, si sono chiesti se una di queste particelle potesse essere il gluone sfuggente di cui si era tanto parlato in passato. Per rispondere a questa domanda, il team ha sviluppato un modello matematico con una cosa chiamata il principio olografico.

Il principio olografico

In sostanza, il principio olografico fornisce un metodo per la mappatura di tutto nel mondo 4D (un modello a tre dimensioni più il tempo) in uno spazio a più dimensioni che potrebbe teoricamente annidarsi nell’universo.

Il team ha scoperto che la particella denominata f0 (1710), ovvero il mesone decaduto, ha circa la velocità giusta per essere un gluone. Tuttavia, le risme di dati del LHC ancora non sono sufficienti per escludere l’idea che altre particelle, candidate come la f0 (1500) allo stesso scopo, sono infatti il ​​tanto ricercato gluone, ha detto Brunner in una intervista.

“Abbiamo bisogno di una conoscenza più approfondita dei tassi di decadimento della particella che sono coinvolti in questo esperimento”, ha detto Brunner a Science. Tuttavia, questa informazione potrebbe arrivare presto. “I dati rilevanti per la nostra previsione verranno presto in questo momento,” e i risultati potrebbero essere analizzati entro l’anno, ha detto Brunner. Intanto i primi risultati sono stati riportati il mese scorso sulla rivista Physical Review Letters.

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