(In basso a destra) Distribuzione bidimensionale dei candidati di-J/ψ e sue proiezioni su (in basso a sinistra) M(1)μμ e (in alto) M(2)μμ. Sono presenti quattro componenti poiché ogni proiezione è costituita da candidati J/ψJ/ψ di sfondo e segnale. Le etichette J/ψ1, 2 e bkg1, 2 rappresentano il segnale e i contributi di fondo, rispettivamente, nella M(1), (2) distribuzione μμ. Credito:CERN
Il progetto Large Hadron Collider Beauty (LHCb) ha osservato per la prima volta una particella esotica composta da quattro quark charm.
La collaborazione con LHCb ha osservato un tipo di particella a quattro quark mai vista prima. La scoperta, presentata in un recente seminario al CERN e descritta in un articolo pubblicato oggi, è probabilmente la prima di una classe di particelle mai scoperta prima d'ora dai fisici.
La scoperta aiuterà i fisici a comprendere meglio i quark, un tipo di particella elementare che è un mattone fondamentale di tutta la materia. I quark si formano insieme per formare particelle composite note come adroni, che includono protoni e neutroni. Questa nuova scoperta rivoluzionaria può ora aiutare gli scienziati a comprendere i modi complessi in cui i quark si legano insieme per formare questi composti.
I quark tipicamente si combinano insieme in gruppi di due e tre per formare adroni. Per decenni, però, i teorici hanno previsto l'esistenza di adroni a quattro e cinque quark, che sono talvolta descritti come tetraquark e pentaquark e negli ultimi anni esperimenti tra cui l'LHCb hanno confermato l'esistenza di molti di questi adroni esotici.
Queste particelle fatte di combinazioni insolite di quark sono un "laboratorio" ideale per studiare una delle quattro forze fondamentali conosciute della natura, l'interazione forte che lega i protoni, neutroni e nuclei atomici che compongono la materia. La conoscenza dettagliata dell'interazione forte è anche essenziale per determinare se nuovi, i processi imprevisti sono un segno di nuova fisica o solo fisica standard.
"Le particelle composte da quattro quark sono già esotiche, e quello che abbiamo appena scoperto è il primo ad essere composto da quattro quark pesanti dello stesso tipo, nello specifico due quark charm e due antiquark charm, " afferma il portavoce uscente della collaborazione LHCb, Giovanni Passaleva. "Fino ad ora, l'LHCb e altri esperimenti avevano osservato solo tetraquark con al massimo due quark pesanti e nessuno con più di due quark dello stesso tipo."
Il portavoce di LHCb in arrivo, Chris Parkes dell'Università di Manchester ha dichiarato:"È un grande piacere e onore assumere il ruolo di portavoce di LHCb. La collaborazione include oltre 1400 membri provenienti da 19 paesi diversi, una comunità che lavora insieme per far avanzare i nostri obiettivi scientifici. L'Università di Manchester e le altre dieci istituzioni del Regno Unito svolgono un ruolo di primo piano nella collaborazione.
"La scoperta di oggi apre un altro entusiasmante capitolo di questo libro scientifico, permettendoci di studiare la nostra teoria delle particelle di materia in un caso estremo. Questa particella è un caso estremo:è un adrone esotico, contenente quattro quark invece dei due o tre nelle particelle di materia convenzionali, e il primo a contenere quark pesanti.
"Lo studio di un sistema estremo consente agli scienziati di testare le nostre teorie. Attraverso lo studio di questa particella, e la speranza che scopriremo ulteriori particelle in questa classe in questo futuro, testeremo la nostra teoria su come si combinano i quark, che governa anche protoni e neutroni".
Il team di LHCb ha trovato il nuovo tetraquark utilizzando la tecnica di caccia alle particelle per cercare un eccesso di eventi di collisione, noto come "urto", su uno sfondo armonioso di eventi. Spulciando i set di dati completi di LHCb dalla prima e dalla seconda esecuzione del Large Hadron Collider, rispettivamente dal 2009 al 2013 e dal 2015 al 2018 i ricercatori hanno rilevato un urto nella distribuzione di massa delle particelle, che consistono in un quark charm e un antiquark charm.
L'urto ha un significato statistico di più di cinque deviazioni standard, la solita soglia per rivendicare la scoperta di una nuova particella, e corrisponde a una massa alla quale si prevede l'esistenza di particelle composte da quattro quark charm.
Come con le precedenti scoperte di tetraquark, non è del tutto chiaro se la nuova particella sia un "vero tetraquark", questo è, un sistema di quattro quark strettamente legati tra loro, o una coppia di particelle a due quark legate debolmente in una struttura simile a una molecola. In entrambi i casi, il nuovo tetraquark aiuterà i teorici a testare modelli di cromodinamica quantistica, la teoria dell'interazione forte.
La carta, Osservazione della struttura nello spettro di massa della coppia J/ψ, è pubblicato sul server di prestampa arXiv.
