Lhcb ha scoperto un nuovo tetraquark

La collaborazione internazionale Lhcb del Large Hadron Collider a Ginevra ha appena individuato una nuova particella composta da 4 quark charm, un tetraquark che finora non era mai stato rilevato

Per la prima volta l’esperimento Lhcb (Large Hadron Collider beauty) del Cern di Ginevra ha osservato una nuova particella, mai rilevata finora, composta da 4 quark charm, un nuovo tetraquark, dove il quark charm è un tipo di particella elementare, con una massa poco più alta di quella del protone. La scoperta, frutto dell’analisi di un’ampia mole di dati sugli scontri fra protoni del Large Hadron Collider (Lhc), di cui Lhcb fa parte, potrà aiutare a capire meglio come  funzionano alcune particelle composte, gli adroni, in cui rientrano anche protoni e neutroni. I risultati dello studio internazionale di Lhcb, cui hanno preso parte anche gli scienziati italiani dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), sono pubblicati in preprint su arxiv.

Dai tetraquark ai pentaquark, un mondo esotico

Nei casi più comuni i quark si legano in coppie o in triplette, ma l’esistenza di particelle più complesse costituite da più quark (4 o 5) non è, in linea di principio, proibita dalla teoria, anche se è molto difficile da rilevare e sono stati necessari decenni di ricerche per poterne identificare pochi esempi. Non è infatti la prima volta che l’Lhc di Ginevra scopre particelle composte da quattro o più quark – recente è la prima osservazione del pentaquark nel 2015, cui sono seguiti altri rilievi.

Il modello a 4 quark è stato proposto nel 2003 per descrivere particolari particelle dette esotiche dai fisici perché sono in qualche modo strane: decadono dopo poco tempo dalla loro produzione ed è molto complicato individuarle. In questo caso si tratta di adroni esotici, dove gli adroni sono una classe di particelle composte da particelle elementari quali i quark e in qualche caso anche gli antiquark (le loro antiparticelle), in cui rientrano anche i protoni e i neutroni, i componenti dell’atomo. Gli adroni sono legati dalla forza nucleare forte, una delle 4 forze (o interazioni) fondamentali esistenti in natura – le altre sono la forza debole, la forza elettromagnetica e quella gravitazionale. Studiare tutti i tipi di adroni, anche quelli esotici, può aiutare a conoscere meglio queste particelle e la forza (o interazione) forte, l’interazione fondamentale che tiene uniti i nuclei degli atomi.

Una nuova particella, i risultati

I ricercatori di Lhcb hanno analizzando un’ampia mole di dati acquisiti dal proprio rivelatore nell’arco di svariati anni. I dati riguardano le collisioni di protoni ultraenergetici, a 13 TeraelettronVolt, nell’Lhc, che danno luogo alla produzione di varie altre particelle, le cui tracce sono state scandagliate per anni – fra i risultati più celebri, la scoperta del bosone di Higgs. Queste analisi hanno condotto alla identificare la nuova particella, composta non da 4 quark qualsiasi, ma da 4 quark charm, la prima volta che viene individuato un oggetto fisico di questo genere. Il fatto che siano proprio charm (un tipo di quark) è stato rilevato dall’analisi dei dati che indicava fra l’altro la presenza di una massa fra i 6,2 e i 7,4 GeV/c² (un’unità di massa delle particelle), compatibile con una struttura con 4 quark charm. “Quella che abbiamo scoperto ora con i dati del nostro esperimento è una nuova particella speciale perché è composta da quattro quark pesanti, due quark charm e due quark anticharm“, ha sottolineato Giovanni Passaleva, responsabile internazionale dell’esperimento Lhcb, “rappresentando un banco di prova privilegiato per lo sviluppo di modelli teorici delle interazioni forti”.