particle_collisions

LHCb identifica due ‘particelle’ al prezzo di una

Il gruppo di fisici che lavorano all’esperimento LHCb presso il Large Hadron Collider hanno annunciato la scoperta di due nuove “particelle”, o meglio di due nuovi stati legati che riguardano la famiglia dei barioni, particelle subatomiche composte da tre quark. Denominate con le sigle Xi_b’ e Xi_b*, le particelle sono state previste dal modello a quark ma non erano mai state identificate. Un’altra particella simile, Xi_b*0, è stata trovata dall’esperimento CMS nel 2012. I risultati si riferiscono ad una serie di esperimenti che sono stati realizzati da LHC tra il 2011 e il 2012 e sono stati pubblicati su Physical Review Letters.

L’immagine illustra la variazione della massa in funzione dell’energia. I dati di LHCb mostra una forte evidenza dell’esistenza di due nuove particelle, Xi_b’ (primo picco) e Xi_b* (secondo picco), con un livello di confidenza di 10 sigma. I punti in nero rappresentano il segnale mentre la curva in blu è il modello che descrive i dati includendo le due particelle. Credit: LHCb/CERN

Come i protoni, queste due particelle sono barioni, cioè sono composti da tre quark legati insieme dall’interazione forte. La novità è che il legame che formano i tre quark è diverso: infatti, le particelle Xi_b contengono un quark-beauty (b), un quark-strange (s) e un quark-down (d). Grazie alla presenza del quark b, che è estremamente massiccio, le particelle risultano oltre 6 volte più pesanti del protone. Nonostante ciò, le particelle sono qualcosa di più che la semplice somma dei loro costituenti: la loro massa dipende dal modo con cui esse sono configurate. Ogni quark ha una proprietà intrinseca, detta spin: nello stato Xi_b’, la direzione della rotazione delle particelle più leggere punta nella direzione opposta a quella del quark-beauty mentre nello stato Xi_b* essi sono allineati. Pare che la natura abbia prodotto “due particelle al prezzo di una” perchè la massa della particella nello stato Xi_b’ è molto vicina alla somma delle masse relative ai prodotti del suo decadimento: in altre parole, se fosse stata un pò più leggera, i fisici non sarebbero stati in grado di osservarla attraverso il metodo del decadimento. Questi risultati sono stati resi possibili grazie soprattutto alla sensibilità e precisione del rivelatore LHCb che hanno permesso di separare in maniera molto chiara il forte segnale dal rumore. Inoltre, i fisici hanno effettuato tutta una serie di analisi che riguardano altri parametri del processo di decadimento trovando che essi sono in accordo alle previsioni della cromodinamica quantistica (QCD), cioè una teoria estensione del modello standard che descrive le particelle fondamentali e come esse interagiscono. La verifica sperimentale della QCD ad un livello di precisione così elevata rappresenta una chiave importante per comprendere la dinamica dei quark i cui modelli sono estremamente complicati.

CERN: LHCb observes two new baryon particles
LHCb: First observation of two new baryonic strange beauty particles
arXiv: Observation of two new Ξ-baryon resonances