Scoperte due nuove particelle al CERN In data 19 novembre 2014, in seguito alle analisi dei dati del 2011-2012,l'esperimento LHCb al CERN di Ginevra ha rivelato l'esistenza di due nuove particelle appartenenti alla famiglia dei barioni. Queste due particelle erano già state teorizzate in precedenza, ma non erano state ancora rilevate. Ma cosa sono i barioni? Se partiamo dal fatto che la materia è composta nella sua parte più fondamentale da quark, possiamo affermare che un barione sia un “tripletto” di quark, tre fermioni legati insieme dall'interazione forte, basata sullo scambio di gluoni. Due dei barioni più noti sono proprio protoni e neutroni, e da qui deduciamo che i barioni costituiscono grandissima parte della materia dell'universo. Cosa rende interessanti i barioni? Sicuramente il fatto che soddisfano una particolare legge, detta “conservazione del numero barionico (B)”. Ad esempio protoni e neutroni hanno B=1, mentre le loro antiparticelle: -1. Andiamo subito a vedere ad esempio che in una collisione tra due protoni (p), il numero barionico si conserva:
Sostituiamo alla relazione p=1 e p ̄ (-1):
Appare subito chiaro che il numero barionico +2 si è conservato. Ciò procura grande stabilità ai protoni, perché questa legge proibisce che decada in pioni π+ e π0 aventi B nullo. Questo è uno dei motivi per cui il protone è così stabile, la sua aspettativa di vita stimata (non è stato ancora osservato un protone decadere) è maggiore di 1,6×1033 anni. Un numero gigantesco, superiore all'età dell'universo. Ciò ci porta a pensare che la materia che ci costituisce risalga all'alba dei tempi e ha un età pari a quella dell'universo. I due nuovi barioni osservati, già teorizzati come detto sopra, portano il nome di Xi_b'- e Xi_b*-, sono ovviamente composti da tre quark (beauty,strange e down) e hanno massa sei volte superiore ai nucleoni, (dovuto alla presenza del quarkBeauty, molto pesante). Da questo grafico risulta l'esistenza di due nuove particelle Xi_b'- (primo picco) e Xi_b*- (secondo picco). I punti neri e gli istogrammi rossi sono i campioni di segnale, mentre le curve blu sono le linee teoriche di previsione. Come osserviamo, i dati coincidono perfettamente con le previsioni.
I
I due nuovi barioni sono stati osservati durante il decadimento nel loro più basso stato energetico (ground state). Entrambe le particelle hanno pochissima aspettativa di vita, ma tra le due Xi_b*- è quella che vive meno, dalla relazione:
Dal momento che la curva di Xi_b*- è più ampia, essa ha massa maggiore, e quindi energia maggiore, secondo la conversione:
La particella con massa (energia) maggiore, vivrà di meno (decadrà prima). Massa di Xi_b'-: 3.653±0.018±0.006 MeV /c^2 Massa di Xi_b*-: 23.96±0.12±0.06 MeV /c^2 E' motivo d'orgoglio il fatto che i dati soddisfino le previsioni della Cromodinamica Quantistica. Mettere in gioco queste teorie ad alta precisione è la chiave per valutare quanto ne sappiamo sulle dinamiche dei quark, difficilissimi da calcolare. Il LHC del CERN è pronto a ripartire a energie ancora più intense entro questa primavera, c'è ancora tanto da scoprire, e altro da riscoprire. Matteo Parriciatu.