L’esperimento LHCb all’acceleratore LHC del CERN ha osservato per la prima volta, con una significatività statistica di 7 sigma, una nuova particella composta da due quark charm e un quark down: una struttura simile a quella del familiare protone, ma in cui i due quark up del protone sono sostituiti dai due quark charm che, essendo più pesanti, ne quadruplicano la massa. La scoperta è stata presentata ieri, 16 marzo, all’annuale conferenza Rencontres de Moriond, che quest’anno celebra la sua sessantesima edizione.
L’osservazione della nuova particella adronica, il cui nome scientifico è Xi_cc+, è molto difficile perché viene prodotta assai raramente nelle collisioni tra protoni in LHC a causa della presenza dei due quark charm, e perché è instabile, a differenza dell’ordinario protone che invece è un adrone stabile. Tuttavia, anche se gli adroni instabili decadono rapidamente, le particelle stabili che risultano dal loro decadimento possono essere rivelate e, da esse, si possono dedurre le proprietà della particella originaria.
I ricercatori e le ricercatrici utilizzano questo approccio per scoprire nuovi adroni e la nuova particella presentata oggi dalla collaborazione dell’esperimento LHCb è l’ottantesimo nuovo adrone scoperto negli esperimenti a LHC. Nel 2017, sempre l’esperimento LHCb aveva già presentato la prima osservazione di una particella appartenente alla stessa “famiglia” di adroni, composta da due quark charm e un quark up, unica differenza rispetto alla nuova particella, che invece al suo posto possiede un quark down. Nonostante la somiglianza, la nuova particella, a causa di complessi effetti quantistici, ha una vita media fino a sei volte più breve rispetto a quella del 2017: se fosse a riposo, durerebbe solo circa 45 femtosecondi, ossia 45 milionesimi di miliardesimo di secondo.
“Questa è la prima nuova particella identificata dopo gli interventi di miglioramento sul rivelatore LHCb completati nel 2023”, spiega Vincenzo Vagnoni, ricercatore dell’INFN che guida la collaborazione scientifica LHCb. “Questa osservazione potrà contribuire a verificare i modelli teorici della cromodinamica quantistica, la teoria che descrive la forza forte che lega i quark non solo negli adroni ordinari, ma anche in adroni più esotici come tetraquark e pentaquark”.
“Ciò che rende questo risultato così entusiasmante è che stiamo aprendo una nuova finestra su una forma di materia molto insolita. Con il rivelatore LHCb aggiornato, le cui prestazioni migliorate hanno aumentato significativamente la nostra sensibilità ai decadimenti adronici, è davvero l’inizio di una nuova era per questi studi”, commenta Ao Xu, ricercatore cinese della Scuola Normale Superiore associato all’INFN che è arrivato in Italia grazie al programma di borse postdoc dell’INFN riservate a stranieri, e che nell’analisi dei dati ha curato la selezione in tempo reale della nuova particella. “Sono già in corso sforzi per la ricerca di un ulteriore e ancora più pesante barione con doppio quark charm che contiene un quark strano aggiuntivo, e che ci permetterà di approfondire ulteriormente la nostra comprensione delle complessità della cromodinamica quantistica”.
“I gruppi dell’INFN, che rappresentano quasi un quinto dell’intera collaborazione LHCb, hanno svolto un ruolo decisivo nel potenziamento del rivelatore, in particolare del tracciatore Upstream Tracker (UT), del rivelatore Ring Imaging Cherenkov (RICH) e del rivelatore di muoni, oltre che nella raccolta e analisi dei dati che hanno portato a questo nuovo risultato”, commenta Giovanni Punzi, coordinatore nazionale dell’INFN in LHCb. “Questo è il secondo risultato ottenuto con il nuovo rivelatore e conferma la capacità di LHCb di operare con successo con una intensità dei fasci un fattore 5 maggiore che in passato, motivandoci a proseguire nel nuovo potenziamento di LHCb attualmente in progetto, che porterà a un ulteriore aumento di intensità di un altro fattore 5, e che sarà realizzato anche questo con una cruciale partecipazione dell’INFN”, conclude Punzi.
