Esplorando il complesso dominio delle particelle subatomiche, i ricercatori dell'Institute of Mathematical Science (IMSc) e del Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) hanno recentemente pubblicato una nuova scoperta sulla rivista Physical Review Letters . Il loro studio illumina un nuovo orizzonte nell'ambito della cromodinamica quantistica (QCD), facendo luce sulle particelle subatomiche esotiche e ampliando i confini della nostra comprensione della forza forte.
Al centro di questa esplorazione si trova l’enigmatica forza forte fondamentale, che genera quasi tutta la massa di tutta la materia visibile nell’universo. Una manciata di particelle fondamentali, note come quark, impegnate in interazioni intriganti mediante lo scambio di gluoni, creano tutte le particelle subatomiche composite che alla fine formano tutta la materia visibile del nostro universo.
Centrale per questa comprensione è la teoria QCD, che governa la dinamica delle interazioni forti. La QCD consente la formazione di combinazioni di quark di colore neutro in particelle subatomiche chiamate genericamente adroni. Tradizionalmente, gli adroni sono stati classificati in due categorie principali:mesoni, come i pioni, costituiti da un quark e un antiquark, e barioni, come i protoni, composti da tre quark.
Tuttavia, oltre a queste categorie si trovano adroni esotici, compresi quelli con quattro, cinque o sei quark, e persino particelle con gluoni, come le palle di colla. Fino a tempi relativamente recenti, l'esistenza di questi adroni esotici è rimasta un territorio in gran parte inesplorato per i fisici delle particelle.
Negli ultimi quindici anni, una raffica di scoperte sperimentali ha illuminato questo dominio precedentemente oscuro, svelando ricchi spettri di adroni esotici che sfidano le nozioni convenzionali della forza forte e sfidando la nostra comprensione delle particelle subatomiche.
Tra questi adroni esotici ci sono i tetraquark, che sono composti da quattro quark (più precisamente due quark e due antiquark). Potrebbero esistere in forme altamente compatte o come molecole debolmente legate di due mesoni o qualcos'altro:le loro strutture precise rimangono un mistero. Si osserva inoltre che sono gli animali esotici più comuni e si prevede che ne verranno scoperti molti altri in futuro.
Gli studi teorici possono aiutare in queste scoperte prevedendo il loro contenuto di quark e i possibili intervalli di energia. In questo recente lavoro, il Prof. Nilmani Mathur e un ricercatore post-dottorato, la Dott.ssa Archana Radhakrishnan, del Dipartimento di Fisica Teorica, TIFR, e il Dott. M. Padmanath dell'IMSc hanno predetto l'esistenza di un nuovo tetraquark. Questa nuova particella subatomica è composta da un quark bellezza e uno charm insieme a due antiquark leggeri, e appartiene a una famiglia di tetraquark, chiamata Tbc :i bellissimi e affascinanti tetraquark.
I ricercatori hanno utilizzato la struttura computazionale dell’Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI) per eseguire questo calcolo. La formazione di questo particolare tetraquark è stata studiata utilizzando le interazioni tra i mesoni bottom e charm. Utilizzando tecniche variazionali su varie spaziature reticolari e masse di quark leggeri di valenza, questo studio ha studiato gli autovalori energetici dei sistemi mesonici interagenti all'interno di volumi finiti e ha concluso l'esistenza di questo tetraquark.
Simili alla particella prevista potrebbero esserci altri tetraquark con lo stesso contenuto di quark ma con spin e parità diversi. Questa previsione arriva in un momento fortuito, in coincidenza con la recente scoperta di un tetraquark (Tcc ) contenente due quark charm e due antiquark leggeri.
Di conseguenza, esiste una chiara possibilità che la particella appena prevista o una variante correlata possano essere scoperte utilizzando metodologie sperimentali simili, dato che la gamma di energia e la luminosità richieste per la loro produzione e rilevamento stanno diventando sempre più accessibili.
Inoltre, l’energia di legame della particella prevista supera quella di qualsiasi tetraquark scoperto e il legame si indebolisce all’aumentare della massa del quark leggero, alludendo a dinamiche intricate di interazioni forti attraverso diversi regimi di massa dei quark e chiarendo le caratteristiche intriganti della forza forte. nella formazione degli adroni, in particolare quelli con quark pesanti.
Ciò porta anche un'ulteriore motivazione alla ricerca di particelle subatomiche esotiche più pesanti negli esperimenti di prossima generazione, che potrebbero essere utilizzate per decifrare la forza forte e sbloccare il suo pieno potenziale.
