Monday, 19 Nov 2018

CERN, esperimento LHCb: scoperto un sistema di 5 nuove particelle

Evento tipico LHCb ricostruito: Particelle identificate come pioni, kaoni, ecc sono mostrati in diversi colori. Credit: collaborazione LHCb

In un articolo pubblicato ieri (httpss://arxiv.org/abs/1703.04639), la collaborazione LHCb ha annunciato la scoperta di un nuovo sistema di cinque particelle tutte in una singola analisi. L’eccezionalità di questa scoperta è che l’osservazione di cinque nuovi stati tutti insieme è un evento piuttosto singolare.

Le particelle sono risultate essere ‘stati eccitati’  – cioè, stati della particella che hanno un’ energia superiore alla configurazione minima (o stato fondamentale) assoluta – di una particella chiamata “Omega-c-zero”, Ω c 0 . Questo Ω c 0 è un barione, una particella con tre quark, contenente due quark  “charm” e un quark “strange”. Ωc0 decade tramite la forza forte in un altro barione, chiamato “Xi-c-plus”, Ξc + (contenente un quark “charm”, uno “strange” e un “up”) e un kaone K –  . Poi  il barione Ξc +  decade a sua volta in un protone p, un kaone K e un pione π + .

Dall’analisi delle traiettorie e dell’energia lasciate nel rivelatore da tutte le particelle in questa configurazione finale, la collaborazione LHCb ha potuto risalire all’evento iniziale – il decadimento del Ω c 0 – e i suoi stati eccitati. Questi stati di particelle sono chiamati, secondo la convenzione standard, Ω C (3000) 0, Ωc (3050) 0 , Ω C (3066) 0 , Ωc (3090) 0 e Ωc (3119) 0 . I numeri indicano le loro masse in megaelectronvolts (MeV), come misurato da LHCb.

Questa scoperta è stata possibile grazie alle competenze specialistiche del rivelatore LHCb nella precisione di riconoscimento dei diversi tipi di particelle, e anche grazie al grande insieme di dati accumulati durante il primo e secondo run del Large Hadron Collider. Questi due ingredienti hanno permesso ai cinque stati eccitati di essere identificati con un livello di significatività statistica schiacciante – il che significa che la scoperta non può essere solo un colpo di fortuna statistica dei dati.

Il prossimo passo sarà la determinazione dei numeri quantici di queste nuove particelle – numeri caratteristici usati per identificare le proprietà di una particella specifica – e la determinazione del loro significato teorico. Questa scoperta contribuirà a capire come i tre quark costituenti siano legati all’interno di un barione, sondando la correlazione  tra i quark, che svolge un ruolo chiave nel descrivere gli stati di multi-quark, come tetraquark e pentaquark.

 

In fisica Eightfold Way (la via dell’ottetto) è un termine coniato dal fisico statunitense Murray Gell-Mann per una teoria che organizza le particelle subatomiche barioni e mesoni in ottetti. La teoria è stata anche presentata indipendentemente dal fisico israeliano Yuval Ne’eman ed ha portato ai successivi sviluppi del modello di quark.
Oltre ad organizzare i mesoni ed i barioni con spin 1/2 in ottetti, i principi della via dell’ottetto possono essere applicati anche ai barioni con spin 3/2, formando un decupletto. Una delle particelle che formano questo decupletto non era mai stata osservata prima. Gell-Mann la chiamò Ω− e stabilì nel 1962 che essa avrebbe dovuto avere una stranezza −3, una carica elettrica −1 ed una massa all’incirca di 1680 MeV/c2. Nel 1964 una particella praticamente identica a quella ipotizzata fu realmente scoperta dall’équipe che lavorava presso l’acceleratore di particelle di Brookhaven, attribuendo alla via dell’ottetto un successo trionfale. Gell-Mann ricevette il premio Nobel per la Fisica nel 1969 per il suo lavoro sulla teoria delle particelle elementari.
La via dell’ottetto può essere compresa in termini moderni come una conseguenza delle simmetrie di sapore tra i vari tipi di quark. Poiché l’interazione nucleare forte è la stessa per i quark di qualsiasi sapore, sostituendo un quark di un determinato sapore con un altro in un adrone la massa non viene alterata di molto. Dal punto di vista matematico questa sostituzione può essere descritta da elementi del gruppo SU(3). Gli ottetti ed altri artifici sono rappresentazioni di questo gruppo.

 

Il barione Ω c 0  è un partner a più elevata massa del barione Ω , una particella che ha svolto un ruolo molto importante nella storia della fisica delle particelle. Nel 1950 sono state scoperte molte differenti particelle. Inizialmente pensate essere elementari, la sempre crescente lista di scoperte ha portato i fisici a dubitare di questa ipotesi. Pertanto sono stati compiuti sforzi per trovare uno schema di classificazione in analogia alla tavola periodica degli elementi chimici . Tale regime di maggior successo è stato proposto da Gell-Mann . Nel suo modello i mesoni e i barioni a  spin 1 / 2  sono organizzati in ottetti ( Eightfold Way ), mentre i barioni con spin 3 / 2 formano un decupletto. Quando il regime è stato proposto, la particella Ω , non era stata ancora scoperta, ma solo ipotizzata esistere al fine di completare il disegno. La struttura regolare del decupletto ha permesso di predire molte proprietà di questa nuova particella, compresa la sua massa. Il barione Ω è stato successivamente scoperto attraverso una famosa fotografia  della camera a bolle ottenuta presso il laboratorio di Brookhaven nel 1964. Questa immagine ha convalidato la Eightfold Way, e ha portato Gell-Mann a proporre il modello a quark nel 1964,  che spiega la struttura degli ottetti e decupletti. Il modello a quark del Ω è composto da tre quark strange (SSS). Il Ω c 0 è come un Ω , ma contiene un quark charm (c) al posto di uno dei quark strange.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fonte: Cern  https://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/

 

 

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