Il pentaquark apre la strada verso la materia oscura

Large Hadron Collider scopre una nuova particella

Lo stanno chiamando pentaquark. Cosa c’è da sapere sull’ultima scoperta delle minuscole particelle che compongono il nostro mondo.

Gavin Hesketh , UCL

Il Large Hadron Collider, famoso per aver trovato il bosone di Higgs, ora ha rivelato un’altra particella nuova e piuttosto insolita. Squadre al LHC, il più grande acceleratore di particelle del mondo, hanno recentemente iniziato una seconda serie di esperimenti che utilizzano molta più energia di quelli che hanno trovato la particella di Higgs nel 2012 . Ma un altro dei gruppi, LHCb, ha anche spulciato tra i dati provenienti dai miliardi di collisioni di particelle operati nella fase della prima esecuzione del LHC, e ora pensano di aver centrato qualcosa di nuovo : il pentaquark, una forma esotica di materia prima prevista nel 1979 . Tutto intorno a noi è fatto di atomi, cioè una nube di elettroni che orbitano intorno ad un nucleo pesante fatta di protoni e neutroni. Ma dal 1960 , abbiamo saputo anche che i protoni e i neutroni sono costituiti da ancora più piccole particelle chiamate “quark “, tenute insieme da qualcosa chiamato ” forza forte “, la forza più forte, in realtà, conosciuta in natura.

Gli esperimenti nel 1968 hanno fornito le prove per il modello a quark. Se i protoni sono colpiti con grande energia, la forza forte può essere superata e il protone sarà fracassato. Il modello a quark in realtà spiega l’esistenza di più di 100 particelle, tutte conosciute come “adroni” (come nel Large Hadron Collider) e composte da diverse combinazioni di quark. Ad esempio il protone è fatto di tre quark.

Tutti gli adroni sembrano essere costituiti da una combinazione di due o tre quark, ma non vi è alcun motivo evidente per i quali, più quark non potevano stare insieme per formare altri tipi di adroni. Inserito allora il pentaquark : cinque quark legati insieme per formare un nuovo tipo di particella . Ma finora, nessuno sapeva con certezza se effettivamente i pentaquark esistevano – e, anche se ci sono state diverse scoperte rivendicate negli ultimi 20 anni, nessuno ha resistito alla prova del tempo.

I pentaquark sono incredibilmente difficili da vedere; sono molto rari e molto instabili. Ciò significa che, se è possibile attaccare cinque quark insieme,  non stanno insieme per molto tempo. La squadra sull’ esperimento LHCb hanno fatto la loro scoperta, cercando in dettaglio in altri adroni esotici, prodotti nelle collisioni, e  studiano il modo in cui questi si rompono. In particolare, hanno cercato Lambda _b particella, che può decadere in tre altri adroni: un Kaon, un J / psi, e un protone.

La J / psi è costituito da due quark e il protone è fatto di tre. Gli scienziati hanno scoperto che per un breve periodo di tempo questi cinque quark erano legati insieme in una singola particella: un pentaquark. Infatti, attraverso l’analisi dettagliata dei dati, in realtà hanno scoperto due pentaquark e hanno dato loro il nome orecchiabile Pc (4450) + e Pc (4380) +.

Perché è importante questa scoperta?

La scoperta risponde a una domanda vecchia di decenni in fisica delle particelle e mette in luce un’altra parte della missione di LHC. La scoperta di nuove particelle fondamentali come il bosone di Higgs ci dicono qualcosa di completamente nuovo sull’universo. Ma scoperte come quella del pentaquark ci danno una comprensione più completa delle ricche possibilità che si trovano nell’universo che già conosciamo.   Sviluppando questa comprensione, possiamo ottenere alcuni suggerimenti su come si presentava l’universo, sviluppatosi dopo il Big Bang e come abbiamo finito con i protoni e i neutroni, invece di pentaquark che costituiscono la materia di tutti i giorni.

Con l’LHC ora si possono ottenere collisione di protoni con energia raddoppiata a quasi due volte , gli scienziati sono pronti ad affrontare alcune delle altre questioni aperte in fisica delle particelle . Uno dei principali bersagli con i nuovi dati è la materia oscura , una particella strana che sembra essere in tutto l’universo, ma non è mai stato vista. Testare l’attuale comprensione dei quark, forza forte e di tutte le particelle conosciute con questa nuova energia è un passo essenziale per arrivare a nuove  scoperte.

Probabile struttura del pentaquark