La collaborazione internazionale LHCb al Large Hadron Collider (LHC) ha osservato tre particelle mai viste prima:un nuovo tipo di pentaquark e la prima coppia di tetraquark in assoluto, che include un nuovo tipo di tetraquark. I risultati, presentati oggi a un seminario del CERN, aggiungono tre nuovi membri esotici alla crescente lista di nuovi adroni trovati all'LHC. Aiuteranno i fisici a capire meglio come i quark si legano insieme in queste particelle composite.

I quark sono particelle elementari e sono disponibili in sei gusti:su, giù, fascino, strano, superiore e inferiore. Di solito si combinano insieme in gruppi di due e tre per formare adroni come i protoni e i neutroni che compongono i nuclei atomici. Più raramente, tuttavia, possono anche combinarsi in particelle di quattro e cinque quark, o "tetraquark" e "pentaquark". Questi adroni esotici sono stati previsti dai teorici contemporaneamente agli adroni convenzionali, circa sei decenni fa, ma solo relativamente di recente, negli ultimi 20 anni, sono stati osservati da LHCb e altri esperimenti.

La maggior parte degli adroni esotici scoperti negli ultimi due decenni sono tetraquark o pentaquark contenenti un quark charm e un antiquark charm, mentre i restanti due o tre quark sono un quark up, down o strano oi loro antiquark. Ma negli ultimi due anni, LHCb ha scoperto diversi tipi di adroni esotici. Due anni fa, la collaborazione ha scoperto un tetraquark composto da due charm quark e due charm antiquark, e due tetraquark "open-charm" costituiti da un charm antiquark, un quark up, un quark down e uno strano antiquark. E l'anno scorso ha trovato la prima istanza in assoluto di un tetraquark "double open-charm" con due quark charm e un antiquark up e uno down. Open charm significa che la particella contiene un quark charm senza un antiquark equivalente.

Le scoperte annunciate oggi dalla collaborazione con LHCb includono nuovi tipi di adroni esotici. Il primo tipo, osservato in un'analisi del "decay" di mesoni B caricati negativamente, è un pentaquark composto da un quark charm e un antiquark charm e un quark up, un down e uno strano. È il primo pentaquark trovato a contenere uno strano quark. La scoperta ha un'enorme significatività statistica di 15 deviazioni standard, ben oltre le 5 deviazioni standard necessarie per rivendicare l'osservazione di una particella nella fisica delle particelle.

Il secondo tipo è un tetraquark doppiamente caricato elettricamente. È un tetraquark a fascino aperto composto da un quark charm, uno strano antiquark e un quark up e un antiquark down, ed è stato individuato insieme alla sua controparte neutra in un'analisi congiunta dei decadimenti di mesoni B caricati positivamente e neutri. I nuovi tetraquark, osservati con una significatività statistica di 6,5 (particella a doppia carica) e 8 (particella neutra) deviazioni standard, rappresentano la prima volta che viene osservata una coppia di tetraquark.

"Più analisi eseguiamo, più tipi di adroni esotici troviamo", afferma il coordinatore della fisica di LHCb Niels Tuning. "Stiamo assistendo a un periodo di scoperta simile agli anni '50, quando iniziò a essere scoperto uno 'zoo di particelle' di adroni che alla fine portò al modello a quark degli adroni convenzionali negli anni '60. Stiamo creando lo 'zoo di particelle 2.0'".

"Trovare nuovi tipi di tetraquark e pentaquark e misurarne le proprietà aiuterà i teorici a sviluppare un modello unificato di adroni esotici, la cui esatta natura è in gran parte sconosciuta", afferma il portavoce di LHCb Chris Parkes. "Aiuterà anche a comprendere meglio gli adroni convenzionali."

Mentre alcuni modelli teorici descrivono gli adroni esotici come singole unità di quark strettamente legati, altri modelli li considerano come coppie di adroni standard legati in modo lasco in una struttura simile a una molecola. Solo il tempo e più studi sugli adroni esotici diranno se queste particelle sono l'una, l'altra o entrambe. + Esplora ulteriormente

Scoperta una nuova particella di materia esotica, un tetraquark