Oggi alla Conferenza EPS sulla Fisica delle Alte Energie a Venezia, l'esperimento LHCb al Large Hadron Collider del CERN ha riportato l'osservazione di Ξ _cc ⁺⁺ (Xi _cc ⁺⁺ ) una nuova particella contenente due quark charm e un quark up. L'esistenza di questa particella della famiglia dei barioni era prevista dalle teorie attuali, ma i fisici hanno cercato per molti anni tali barioni con due quark pesanti. La massa della particella appena identificata è di circa 3621 MeV, che è quasi quattro volte più pesante del barione più familiare, il protone, una proprietà che deriva dal suo contenuto di quark doppiamente incantato. È la prima volta che una particella del genere viene rilevata senza ambiguità.

Quasi tutta la materia che vediamo intorno a noi è fatta di barioni, che sono particelle comuni composte da tre quark, i più noti sono protoni e neutroni. Ma ci sono sei tipi di quark esistenti, e teoricamente molte diverse combinazioni potenziali potrebbero formare altri tipi di barioni. I barioni finora osservati sono tutti fatti di, al massimo, un quark pesante.

"Trovare un barione a quark doppiamente pesante è di grande interesse in quanto fornirà uno strumento unico per sondare ulteriormente la cromodinamica quantistica, la teoria che descrive l'interazione forte, una delle quattro forze fondamentali, " disse Giovanni Passaleva, nuovo Portavoce della collaborazione LHCb. "Tali particelle ci aiuteranno quindi a migliorare il potere predittivo delle nostre teorie".

"A differenza di altri barioni, in cui i tre quark eseguono un'elaborata danza l'uno intorno all'altro, un barione doppiamente pesante dovrebbe agire come un sistema planetario, dove i due quark pesanti svolgono il ruolo di stelle pesanti orbitanti l'una intorno all'altra, con il quark più leggero che orbita attorno a questo sistema binario, " ha aggiunto Guy Wilkinson, ex Portavoce della collaborazione.

Misurare le proprietà del _cc ⁺⁺ aiuterà a stabilire come si comporta un sistema di due quark pesanti e un quark leggero. Informazioni importanti possono essere ottenute misurando con precisione i meccanismi di produzione e decadimento, e la vita di questa nuova particella.

L'osservazione di questo nuovo barione si è rivelata impegnativa ed è stata resa possibile grazie all'elevata velocità di produzione di quark pesanti all'LHC e alle capacità uniche dell'esperimento LHCb, che può identificare i prodotti di decadimento con eccellente efficienza. Il _cc ⁺⁺ barione è stato identificato tramite il suo decadimento in un Λ _C ⁺ barione e tre mesoni più leggeri K ^- , ? ⁺ e ⁺ .

L'osservazione del _cc ⁺⁺ in LHCb solleva le aspettative di rilevare altri rappresentanti della famiglia dei barioni doppiamente pesanti. Ora verranno cercati all'LHC.

Questo risultato si basa sui dati di 13 TeV registrati durante la corsa 2 al Large Hadron Collider, e confermato utilizzando i dati di 8 TeV della corsa 1. La collaborazione ha inviato un documento che riporta questi risultati alla rivista Lettere di revisione fisica .