I fisici del Large Hadron Collider (LHC) del CERN hanno confermato l’esistenza di un nuovo parente più pesante del protone, chiamato Ξcc⁺ (Xi-double-charm-plus). Questa scoperta offre agli scienziati una nuova prospettiva sulla forza forte, l’interazione fondamentale che tiene insieme la materia al suo livello più elementare.
Cosa sono i quark e perché sono importanti?
Al centro di questa scoperta ci sono i quark, le particelle elementari che formano protoni, neutroni e tutte le altre particelle composite nell’universo. Esistono sei tipi conosciuti di quark: up, down, charm, strange, top e bottom. I quark raramente esistono isolatamente; si combinano per creare adroni, che includono particelle familiari come protoni e neutroni.
La maggior parte degli adroni sono instabili e decadono quasi immediatamente dopo la loro formazione. L’LHC è progettato per creare queste particelle fugaci facendo collidere fasci di protoni ad alta energia. I prodotti di decadimento, che sono abbastanza stabili da poter essere misurati, rivelano le proprietà dell’adrone originale, di breve durata.
Un secondo barione dal doppio fascino
Il Ξcc⁺ appena scoperto contiene due quark charm e un quark down. Ciò lo rende un “barione” (una particella di tre quark) con una composizione insolita. È solo il secondo barione osservato a contenere due quark pesanti (quark charm, in questo caso). La prima di queste particelle è stata rilevata dall’esperimento LHCb quasi dieci anni fa.
La collaborazione LHCb ha osservato la nuova particella con un significato statistico di 7 sigma, superando di gran lunga la soglia di 5 sigma per una scoperta confermata. Ciò significa che le probabilità che il segnale sia una fluttuazione casuale sono incredibilmente piccole.
Perché questa scoperta è importante
L’esistenza di Ξcc⁺ aiuta ad affinare la nostra comprensione della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria che governa la forza forte. La QCD prevede l’esistenza non solo di adroni ordinari ma anche di combinazioni più esotiche, come i tetraquark (quattro quark) e i pentaquark (cinque quark).
Questa nuova particella consentirà ai teorici di testare i modelli QCD in modo più rigoroso. È simile a una particella scoperta nel 2017, che contiene due quark charm e un quark up invece di un quark down. Nonostante questa somiglianza, si prevede che la nuova particella decada fino a sei volte più velocemente a causa di sottili effetti quantistici, rendendola ancora più difficile da rilevare.
Gli aggiornamenti portano a scoperte rivoluzionarie
La scoperta è stata effettuata utilizzando i dati del terzo ciclo dell’LHC, dopo significativi aggiornamenti al rilevatore LHCb nel 2023. Il direttore generale del CERN Mark Thomson ha sottolineato il ruolo fondamentale di questi aggiornamenti nel consentire nuove scoperte.
Questo importante risultato è un fantastico esempio di come le capacità uniche di LHCb svolgano un ruolo fondamentale nel successo dell’LHC.
La scoperta pone le basi per ulteriori ricerche con l’LHC ad alta luminosità, che aumenterà il tasso di collisioni delle particelle e consentirà ai fisici di sondare le forze fondamentali della natura con una precisione senza precedenti.
In sostanza, la scoperta di Ξcc⁺ non aggiunge solo un’altra voce al catalogo delle particelle; affina la nostra comprensione delle interazioni più fondamentali dell’universo.
