La collaborazione LHCb, uno dei quattro grandi esperimenti operanti presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN, ha compiuto un passo importante verso questa lacuna. Combinando i dati raccolti durante il primo e il secondo ciclo operativo dell’LHC, il team ha osservato correlazioni quantistiche tra coppie di adroni charm e anti-charm originati da un singolo stato di tetraquark.
Particelle come i tetraquark non sono particelle elementari, ma stati compositi costituiti da numerosi costituenti più fondamentali, chiamati quark e gluoni. Questi ultimi tengono insieme i quark, mediando la forza forte tra di loro. I tetraquark sono previsti dalla teoria delle interazioni forti, la cromodinamica quantistica (QCD), e sono stati ampiamente ricercati negli esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia.
Quest’ultima analisi di LHCb rivela come si formano e decadono questi eccezionali stati di tetraquark. Le correlazioni quantistiche tra le coppie di adroni charm e anti-charm forniscono informazioni su dove queste particelle vengono prodotte all'interno del rivelatore LHCb e offrono informazioni sulle dinamiche di produzione dei tetraquark.
Il gruppo di ricerca ha studiato tutte le possibili combinazioni di coppie di adroni charm (c) e anti-charm (c‾). La maggior parte delle coppie, comprese quelle originate dallo stesso stato di tetraquark, mostrano una preferenza per essere prodotte centralmente nel rivelatore. Ciò è previsto per la maggior parte dei meccanismi di produzione adronica che si verificano nelle collisioni ad alta energia. Tuttavia, si osservano correlazioni quantistiche per coppie di adroni charm e anti-charm derivanti dallo stesso stato di tetraquark. In questo caso, le correlazioni indicano che il punto di produzione è spostato verso il lato dove si trovano le particelle cariche (i quark di valenza del protone) dei protoni in arrivo. Ciò suggerisce un possibile meccanismo di produzione dei tetraquark in cui il gluone emesso dal protone o antiprotone in arrivo (denominato “pomerone”) fluttua nello stato di tetraquark che successivamente decade nella coppia di adroni.
Questa analisi di LHCb fornisce anche informazioni su come lo stato del tetraquark decade successivamente nella coppia di adroni charm e anti-charm. Le osservazioni indicano che lo stato dei tetraquark si converte in coppie di quark charm e anti-charm, che poi si riorganizzano per formare gli adroni finali.
I risultati di questo studio forniscono informazioni importanti sulla produzione e il decadimento dello stato di tetraquark osservato e offrono approfondimenti complementari ad altre misurazioni LHCb di tali particelle. Gli effetti quantistici osservati per la prima volta in questo lavoro potrebbero anche aiutare in futuro a distinguere i tetraquark da altri stati multiquark.
La collaborazione LHCb spera di raccogliere in futuro ulteriori dati presso l'LHC, che consentiranno loro di studiare ulteriormente le proprietà dei tetraquark e di altre particelle esotiche.
