Con le sue prime corse di protoni in collisione nel 2008-2013, il Large Hadron Collider ha ora fornito un flusso di dati sperimentali su cui gli scienziati si affidano per testare le previsioni derivanti dalla fisica delle particelle e delle alte energie. Infatti oggi CERN reso pubblico i primi dati prodotti dagli esperimenti di LHC. E ogni giorno che passa, vengono rilasciate nuove informazioni che stanno aiutando a far luce su alcuni dei misteri più profondi dell'universo.
Questa settimana, ad esempio, il CERN ha annunciato la scoperta di due nuove particelle subatomiche che fanno parte della famiglia dei barioni. Le particelle, note come Xi_b'-e Xi_b*-, sono stati scoperti grazie agli sforzi dell'esperimento LHCb, una collaborazione internazionale che coinvolge circa 750 scienziati di tutto il mondo.
L'esistenza di queste particelle era stata prevista dal modello a quark, ma non era mai stata vista prima. Inoltre, la loro scoperta potrebbe aiutare gli scienziati a confermare ulteriormente il modello standard della fisica delle particelle, che ora è considerato praticamente inattaccabile grazie alla scoperta del bosone di Higgs.
Come i ben noti protoni che LHC accelera, le nuove particelle sono barioni formati da tre quark legati insieme dalla forza forte. Tuttavia, i tipi di quark sono diversi: le nuove particelle X_ib contengono entrambe un quark beauty (b), uno strano (s) e un quark down (d). Grazie ai quark b pesanti, sono più di sei volte più massicci del protone.
Sezione trasversale del Large Hadron Collider in cui sono posizionati i suoi rivelatori e si verificano collisioni. Credito: CERN
Tuttavia, la loro massa dipende anche da come sono configurati. Ciascuno dei quark ha un attributo chiamato “spin”; e nello Xi_b'-stato, gli spin dei due quark più leggeri puntano nella direzione opposta al quark b, mentre nello stato Xi_b*-dichiarare che sono allineati. Questa differenza fa lo Xi_b*-un po' più pesante.
'La natura è stata gentile e ci ha dato due particelle al prezzo di una', ha detto Matthew Charles del laboratorio LPNHE del CNRS presso l'Università Paris VI. “Il Xi_b’-è molto vicino in massa alla somma dei suoi prodotti di decadimento: se fosse stato solo un po' più leggero, non l'avremmo visto affatto usando la firma di decadimento che stavamo cercando”.
'Questo è un risultato molto entusiasmante', ha affermato Steven Blusk della Syracuse University di New York. 'Grazie all'eccellente identificazione degli adroni di LHCb, che è unica tra gli esperimenti di LHC, siamo stati in grado di separare un segnale molto pulito e forte dallo sfondo','Dimostra ancora una volta la sensibilità e la precisione del rilevatore LHCb'.
Blusk e Charles hanno analizzato insieme i dati che hanno portato a questa scoperta. L'esistenza dei due nuovi barioni era stata previsto nel 2009 dai fisici delle particelle canadesi Randy Lewis della York University e Richard Woloshyn del TRIUMF, il laboratorio nazionale canadese di fisica delle particelle a Vancouver.
Le masse nude di tutti e 6 i sapori di quark, protone ed elettrone, mostrate in volume proporzionale. Credito: Wikipedia/Incnis Mrsi
Oltre alle masse di queste particelle, il team di ricerca ha studiato i loro tassi di produzione relativi, le loro larghezze - una misura di quanto siano instabili - e altri dettagli dei loro decadimenti. I risultati corrispondono alle previsioni basate sulla teoria della cromodinamica quantistica (QCD).
La QCD fa parte del Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che descrive le particelle fondamentali della materia, come interagiscono e le forze tra di esse. Testare la QCD ad alta precisione è una chiave per affinare la nostra comprensione della dinamica dei quark, i cui modelli sono tremendamente difficili da calcolare.
'Se vogliamo trovare una nuova fisica oltre il modello standard, dobbiamo prima avere un'immagine nitida', ha affermato il coordinatore della fisica di LHCb Patrick Koppenburg del Nikhef Institute di Amsterdam. 'Tali studi di alta precisione ci aiuteranno a distinguere tra gli effetti del modello standard e qualsiasi cosa nuova o inaspettata in futuro'.
Le misurazioni sono state effettuate con i dati rilevati presso l'LHC nel periodo 2011-2012. L'LHC è attualmente in fase di preparazione, dopo il suo primo lungo arresto, per operare a energie più elevate e con fasci più intensi. Il riavvio è previsto per la primavera 2015.
La ricerca è stata pubblicata ieri online sul server di prestampa di fisica arXiv e sono stati presentati alla rivista scientificaLettere di revisione fisica.