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Viaggio al CERN con Giovanni Passaleva: 2/4. La particella Xi, un laboratorio in miniatura

Viaggio al CERN con Giovanni Passaleva: 2/4. La particella Xi, un laboratorio in miniatura

La prima parte dello speciale Viaggio al CERN con Giovanni Passaleva pubblicata su Researchitaly si è conclusa con il riferimento alla particella Xicc++, recentemente scoperta grazie all’esperimento LHCb. Proprio da qui muove la seconda parte dell’intervista al fisico italiano che guida l’esperimento, alla scoperta della fisica e della tecnologia protagoniste del potente superacceleratore con sede a Ginevra.

A pochi giorni dalla sua nomina a coordinatore di LHCb, il CERN ha annunciato la scoperta di Xicc++, una tipologia di particella diversa da quelle finora osservate, composta da 2 quark pesanti e 1 leggero…
L’esistenza di questa particella era stata postulata già molti anni fa. Sappiamo, in particolare, che in natura ci sono 5 quark che possono essere combinati a formare mesoni o barioni: le particelle osservabili che rientrano nella famiglia degli adroni (esiste un sesto quark, il quark top che vive troppo poco per riuscire a combinarsi con altri quark e formare un mesone o un barione). Il fatto che si possano combinare due quark charm (pesanti, n.d.r.) e un quark più leggero - che può essere un quark u o un quark s - è dunque assolutamente previsto. Aver osservato questo fenomeno è una conferma straordinaria che il nostro modello dei quark e di come questi si combinano è ben compreso.

Qual è dunque la principale novità legata alla scoperta di questa particella, catturata proprio dall’esperimento LHCb da Lei guidato?
La cosa interessante di questa particella è che la sua struttura così particolare - caratterizzata dalla presenza di due quark molto pesanti e di un quark molto più leggero - la rende un sistema estremamente adatto a essere studiato teoricamente in maniera semplice e accurata.
Questa particella può funzionare come un terreno di prova a livello teorico similmente a quanto, per esempio, accaduto in passato per l’atomo di idrogeno, che essendo un sistema relativamente semplice da capire, fu il primo banco di prova della meccanica quantistica. In quel caso, con la meccanica quantistica furono calcolati gli stati di energia ai vari livelli energetici dell’atomo di idrogeno. Il fatto che i livelli calcolati corrispondessero a quelli effettivamente misurati è stato una conferma straordinaria della teoria.

Dalla scoperta di Xicc++ che cosa può derivare?
Si possono predire sia la massa che la vita media di questa particella, cioè quanto essa vive prima di disintegrarsi in particelle più leggere. Si possono inoltre predire anche le masse di particelle simili a questa, contenenti però un altro tipo di quark (anziché il quark u), ossia lo spettro di masse di questa classe di particelle.
Queste predizioni si basano su modelli teorici molto utili per comprendere come i quark stanno insieme, per esempio, all’interno dei protoni e dei neutroni e, in ultima analisi, come questi si combinano nei mattoni fondamentali della materia come la conosciamo.
Attualmente, comprendere questi aspetti in maniera “pulita” dal punto di vista teorico è estremamente difficile, perché la teoria che ne dà spiegazione, che è la teoria delle interazioni forti, è molto più semplice da applicare alle collisioni di altissima energia che ai quark legati insieme a formare gli adroni.

Quali nuove prospettive e filoni di ricerca si aprono con questa nuova scoperta?
La nuova particella per noi costituirà un vero e proprio laboratorio in miniatura in cui compiere una serie di predizioni e di test sperimentali per verificare se i nostri modelli teorici funzionano, anche nei casi più critici da capire. C’è un vasto programma di ricerca in questo senso, che prevediamo di realizzare attraverso una serie di misure finalizzate ad indagare, ad esempio, quanto vive questa particella, qual è la sua massa, quali sono le particelle in cui si disintegra, con quali probabilità questo avviene e qual è il meccanismo con cui viene creata nelle collisioni tra i protoni.

Data pubblicazione 12/09/2017
Tag Scienze fisiche e ingegneria