Pentaquark: scoperta una nuova particella dopo 50 anni di ricerche

Dopo 50 anni, la caccia è finita. Gli scienziati del Large Hadron Collider, il più grande acceleratore atomico del mondo, hanno trovato la prova dell’esistenza del pentaquark, una particella subatomica sfuggente la cui esistenza è stata proposta per la prima volta più di 50 anni fa.

“Il pentaquark non è solo una nuova particella,” ha detto Guy Wilkinson, un portavoce dell’esperimento al LHC che ha scoperto il pentaquark.  Rappresenta un modo per aggregare i quark, vale a dire i costituenti fondamentali dei protoni ordinari e dei neutroni, in un modello che non è mai stato osservato prima in oltre 50 anni di ricerche sperimentali. Studiare le sue proprietà può permetterci di comprendere meglio come è fatta la materia ordinaria, da quanti protoni e neutroni di cui siamo tutti fattoi, è costituita”.

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La nuova scoperta convalida la nozione a lungo detenuta sulla natura della materia. Nel 1964, il fisico Murray Gell-Mann ha proposto che un gruppo di particelle note come barioni, che includono protoni e neutroni, siano in realtà composto da tre particelle subatomiche ancora più piccole note come quark. Nel frattempo, la ricerca è andata avanti, e un altro gruppo di particelle chiamate mesoni sono stati composti di quark e dei loro partner di antimateria, antiquark.

Il pentaquark

La teoria è stata ben presto convalidata da risultati sperimentali, e il lavoro di Gell-Mann ha vinto il Premio Nobel per la fisica  nel 1969. Ma analizzando i numeri nella teoria di Gell-Mann ha portato anche alla conclusione che potrebbero esistere altre particelle, più esotiche, come il pentaquark : un gruppo di quattro quark e un antiquark. Nel corso degli ultimi decenni, la gente ha visto un accenno di pentaquark a dati sperimentali, ma tutto si è rivelato essere un depistaggio.

Nel corso dello studio, Wilkinson ed i suoi colleghi hanno esaminato il decadimento di particelle dopo collisioni nel Large Hadron Collider (LHC), un anello sotterraneo sotto Ginevra, in Svizzera, lungo 17 miglia (circa 27 chilometri). Il Large Hadron Collider è il più potente acceleratore di particelle del mondo. Nel mese di giugno 2015, l’LHC è stato riavviato a quasi il doppio dell’energia di cui ha operato nel corso della sua prima esecuzione, che si è conclusa nel 2013. Il team ha studiato come un particolare barione conosciuto come lambda B è decaduto in altre tre particelle: un protone, una particella nota come J-psi e una carica di kaone.

Tuttavia, analizzando i dati da queste collisioni, i ricercatori hanno notato picchi che hanno suggerito che il barione lambda B ha preso un pit-stop sulla strada per la decomposizione in queste altre tre particelle, avendo una transizione in altre particelle intermedie sulla strada.

“Abbiamo vagliato tutte le possibilità per questi segnali, e abbiamo concluso che esse possono essere spiegate solo dai pentaquark”, ha detto il co-autore Tomasz Skwarnicki, un fisico alla Syracuse University di New York.

Le prove dell’esistenza del pentaquark

Le nuove prove per il pentaquark sono molto più robuste dei suggerimenti precedenti, perché l’esperimento LHC utilizza un rilevatore che identifica tutti gli stati finali delle particelle dopo una collisione, ha detto un coautore dello studio, Sheldon Stone, fisico presso la Syracuse University. Come risultato, gli scienziati possono utilizzare il lavoro matematico investigativo per identificare meglio gli stati di decadimento intermedi.

Sulla base dei dati dell’LHC, il team ha concluso che queste particelle intermedie erano pentaquark composte da due quark up, un quark down, un quark charm e un quark anti-charm. (I quark sono disponibili in sei tipi: su, giù, in alto, in basso, strano e fascino.) I ricercatori hanno ora presentato i loro risultati alla rivista Physical Review Letters.

I nuovi risultati non solo convalidano il Modello Standard, la teoria fisica dominante che spiega il pasticcio di particelle subatomiche che costituiscono il mondo, ma sollevano anche  nuove domande.

Ad esempio, non è ancora chiaro esattamente come i pentaquark sono “incollati” insieme. Alcune teorie suggeriscono che componenti del pentaquark sono strettamente legati insieme, mentre altri propongono una libera associazione tra le particelle subatomiche. Capire come lavora il forte legame del pentaquark potrebbe essere importante in altre sedi, per esempio nella formazione delle stelle.

Via | livescience

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