HERA fornisce il quadro più preciso sul protone

Dopo 15 anni di misure e altri 8 trascorsi per l’analisi dei dati e i calcoli, i fisici della collaborazione H1 e ZEUS hanno pubblicato i risultati più precisi sulla struttura e il comportamento del protone. I due esperimenti, realizzati dal 1992 al 2007 con l’acceleratore di particelle HERA (Hadron Electron Ring Accelerator) presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un centro nazionale di ricerca sulla fisica nucleare in Germania, hanno permesso di combinare più di un miliardo di collisioni protoniche con elettroni o positroni. All’analisi dei dati hanno contribuito più di 300 ricercatori di 70 istituti.

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LHCb rivela il pentaquark

La figura illustra due possibili configurazioni di quark che generano una particella esotica chiamata pentaquark. A sinistra: i cinque quark potrebbero essere confinati fortemente. A destra: i quark potrebbero essere assemblati in un mesone (composto di 1 quark e di 1 antiquark) e in un barione (composto da 3 quark), legati debolmente. Credit: Daniel Dominguez

LHCb, uno dei quattro grandi esperimenti del Large Hadron Collider (LHC), il superacceleratore del CERN a Ginevra, ha riportato la scoperta di una classe di particelle esotiche note come pentaquark. I risultati di questo studio sono stati sottomessi per la pubblicazione alla rivista Physical Review Letters.

Come ti peso i nucleoni

Il fatto che il neutrone sia leggermente più massiccio del protone è la ragione per cui i nuclei atomici hanno esattamente quelle proprietà che costituiscono il nostro mondo e che rendono in ultima analisi possibile la nostra esistenza. Oggi, 80 anni dopo la scoperta del neutrone, un gruppo di fisici europei guidati da Zoltán Fodor, portavoce della collaborazione Budapest-Marseille-Wuppertal, ha finalmente calcolato la minuscola differenza di massa tra il neutrone e il protone. I risultati, pubblicati su Science, sono considerati una pietra miliare e rappresentano una conferma della cromodinamica quantistica, la teoria che descrive dell’interazione forte. Per ottenere questi risultati è stato utilizzato uno dei computer più potenti del mondo: JUQUEEN.

COMPASS dimostra la ‘rigidità’ dei pioni

In un articolo apparso su Physical Review Letters, i fisici che lavorano all’esperimento COMPASS del CERN riportano una misura di fondamentale importanza relativa all’interazione forte.

La scoperta di un nuovo mesone fornisce preziosi indizi per lo studio dell’interazione forte

Un gruppo di fisici guidati dai colleghi dell’Università di Warwick hanno scoperto una particella che contribuirà a fornire una maggiore comprensione dell’interazione forte, una delle quattro forze fondamentali della natura che tiene uniti i protoni del nucleo atomico. Denominata con la sigla D_s3 * (2860) ˉ, si tratta di un nuovo tipo di mesone, cioè un tipo di particella subatomica composte da un quark e un antiquark legati dalla forza forte, che è stato individuato dopo una serie di analisi dei dati raccolti con il rivelatore LHCb al CERN di Ginevra. L’esperimento LHCb, gestito da una grande collaborazione internazionale, è stato progettato per studiare le proprietà delle particelle elementari contenenti i cosiddetti quark-bottom e quark-charm e rappresenta a tutt’oggi l’unico esperimento in grado di realizzare questo tipo di scoperte. Date le similitudini con il modo in cui si trovano confinati i protoni negli atomi, i ricercatori sperano ora di essere in grado di studiare la particella per comprendere meglio l’interazione forte.

University of Warwick: Discovery of new subatomic particle sheds light on fundamental force of nature

arXiv: Observation of overlapping spin-1 and spin-3 D0K– resonances at mass 2.86 GeV/c2

arXiv: Dalitz plot analysis of Bs0→D0K–π+ decays

Le condizioni fisiche dell’Universo durante il ‘primo’ microsecondo

Grazie ad una serie di simulazioni che furono proposte inizialmente circa sette anni fa con un supercomputer, un gruppo di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory hanno riprodotto le condizioni fisiche iniziali che hanno caratterizzato la nascita dell’Universo.

L’origine della massa ‘visibile’: la connessione quark-gluoni

Dopo i recenti fatti accaduti al CERN e quello che hanno scritto i media e i blog scientifici possiamo senz’altro affermare che sappiamo ormai tutto su come si origina la massa delle particelle. Infatti, i fisici che lavorano agli esperimenti di LHC hanno presentato i risultati degli esperimenti degli ultimi due anni che suggeriscono l’esistenza di una particella che ha tutte le caratteristiche consistenti con il bosone di Higgs, responsabile del meccanismo che dà origine alla massa (vedasi questo post). Ora, mentre il bosone di Higgs può essere responsabile della massa di alcune particelle fondamentali, i quark presi da soli non tengono conto della maggior parte della materia visibile nell’Universo.

Per capire cosa tiene insieme queste forme visibili della materia, dalle stelle ai pianeti fino agli esseri umani, dobbiamo capire come interagiscono i quark e i gluoni. Si tratta del tema principale che è stato di recente presentato al congresso Quark Matter 2012. “Stiamo studiando il 99% della massa visibile nell’Universo e che non è spiegata dal bosone di Higgs” spiega Peter Steinberg del Department of Energy’s presso il Brookhaven National Laboratory. La materia visibile è composta da atomi la cui massa deriva dai protoni e dai neutroni che costituiscono il nucleo atomico. Gli elettroni che orbitano attorno al nucleo non contribuiscono praticamente a nulla. I protoni assieme ai neutroni sono composti da una tripletta di quark e sono molto più massicci rispetto alla somma delle masse dei singoli costituenti. Ma allora da dove proviene tutto questo eccesso di massa? I fisici credono che la risposta sia data dal modo con cui i quark interagiscono attraverso i gluoni, particelle senza massa che tengono insieme i quark attraverso la forza nucleare forte. Per capirne di più, i fisici devono creare le condizioni estreme che erano presenti durante le fasi iniziali della storia dell’Universo attraverso la collisione di particelle ad alta energia in modo da osservare i quark allo stato libero prima che essi possano unirsi per formare protoni e neutroni. Studiare così il comportamento dei quark “liberi” e dei gluoni nel cosiddetto plasma quark-gluoni permette agli scienziati di avere maggiori informazioni sulla natura della forza nucleare forte e come essa genera gran parte della massa che noi vediamo nel momento in cui le particelle si uniscono per formare la materia ordinaria. Dunque, mentre la materia visibile tiene conto solo di una mera frazione della massa totale dell’Universo, appena il 4%, il resto, composto essenzialmente da materia scura e da energia scura, è già abbastanza per tenere impegnati i fisici nella loro ricerca verso la comprensione dei due più grandi enigmi della moderna cosmologia (vedasi Enigmi Astrofisici).

Maggiori info: Highlights of key findings presented at Quark Matter 2012