I fisici della collaborazione LHCb del CERN hanno scoperto una nuova particella tetraquark, denominata X(6900), composta da due quark charm e due antiquark charm.
X (6900), una particella tetraquark composta da due quark di fascino e due antiquark di fascino. Immagine di credito: CERN.
I quark sono particelle elementari puntiformi che tipicamente vengono in pacchetti di due (mesoni) o tre (barioni), i più familiari dei quali sono il protone e il neutrone-ciascuno è composto da tre quark.
Ci sono sei tipi — o sapori — di quark tra cui scegliere: up, down, strange, charm, bottom e top. Ognuno di questi ha anche una controparte antimateria.
Nei loro documenti fondamentali del 1964, i fisici americani Murray Gell-Mann e George Zweig proposero il modello di quark e menzionarono la possibilità di aggiungere una coppia quark-antiquark a una configurazione minima di mesone o barione quark per formare tetra – e pentaquarks.
Ci sono voluti 50 anni, tuttavia, perché i fisici ottenessero prove sperimentali inequivocabili dell’esistenza di queste particelle esotiche.
Nell’aprile 2014, la collaborazione LHCb ha pubblicato misurazioni che hanno dimostrato che la particella Z(4430)+ è composta da quattro quark.
Un anno dopo, i fisici del LHCb riportarono l’osservazione di due pentaquark, Pc(4450)+ e Pc(4380)+.
“Le particelle composte da quattro quark sono già esotiche, e quella che abbiamo appena scoperto è la prima ad essere composta da quattro quark pesanti dello stesso tipo, in particolare due quark charm e due antiquark charm”, ha dichiarato il Dr. Giovanni Passaleva, portavoce uscente della Collaborazione LHCb.
“Fino ad ora, l’LHCb e altri esperimenti avevano osservato solo tetraquark con due quark pesanti al massimo e nessuno con più di due quark dello stesso tipo.”
Il team LHCb ha trovato il tetraquark X(6900) usando la tecnica di caccia alle particelle di cercare un eccesso di eventi di collisione, noto come “urto”, su uno sfondo fluido di eventi.
Spulciando tra i set di dati LHCb completi della prima e della seconda esecuzione del Large Hadron Collider, che ha avuto luogo rispettivamente dal 2009 al 2013 e dal 2015 al 2018, hanno rilevato un urto nella distribuzione di massa di una coppia di particelle J/ψ, che consistono in un quark charm e un antiquark charm.
L’urto ha una significatività statistica di oltre cinque deviazioni standard, la soglia usuale per rivendicare la scoperta di una nuova particella, e corrisponde a una massa alla quale si prevede che le particelle composte da quattro quark di fascino esistano.
“Queste particelle pesanti esotiche forniscono casi estremi e teoricamente abbastanza semplici con cui testare modelli che possono essere utilizzati per spiegare la natura delle particelle di materia ordinarie, come protoni o neutroni”, ha detto il Dr. Chris Parkes, il portavoce entrante della Collaborazione LHCb.
“È quindi molto eccitante vederli apparire in collisioni al Large Hadron Collider per la prima volta.”
La scoperta è descritta in un documento pubblicato sul arXiv.org server di preprint.
R. Aaij et al (Collaborazione LHCb). 2020. Osservazione della struttura nello spettro di massa della coppia J/ψ. CERN-EP-2020-115, LHCb-PAPER-2020-011; arXiv: 2006.16957