In un recente lavoro, la collaborazione ALICE ha pubblicato una nuova misura della produzione di mesoni beauty neutri, particelle costituite da un quark beauty e da un quark down al CERN. Per la prima volta alle energie attuali dell’LHC, i ricercatori sono riusciti a misurare quanto spesso questi mesoni vengono prodotti a valori di momento molto bassi (1 GeV, cioè cinque volte più basso della loro massa), ovvero particelle che escono dalle collisioni con poca velocità rispetto ad altre prodotte nelle stesse interazioni. Proprio in questa regione, finora poco esplorata, si trova la maggior parte dei quark beauty generati nelle collisioni. Questa regione non è accessibile altri esperimenti dell’LHC ed è fondamentale per ottenere una misura di quante di queste particelle vengono prodotte.
“Questa misura dimostra anche l’efficacia e, con un gioco di parole, la bellezza dell’upgrade di ALICE, che è stato ideato e realizzato nel corso di più di un decennio con forte contributo dei gruppi dell’INFN” commenta Federico Antinori, coordinatore nazionale di ALICE.
La misura si basa su dati raccolti in collisioni protone–protone a un’energia di 13,6 TeV durante il terzo periodo di presa dati dell’LHC (Run 3). Un risultato reso possibile grazie ai significativi miglioramenti apportati al rivelatore ALICE nel corso del secondo lungo shutdown dell’acceleratore. Tra questi, l’installazione del nuovo rivelatore interno Inner Tracking System 2 ha consentito di migliorare sensibilmente la precisione con cui vengono ricostruite le tracce delle particelle, un elemento decisivo per ricostruire i decadimenti di mesoni beauty di basso momento che avvengono a qualche decimo di millimetro dal punto di collisione.
Ulteriori aggiornamenti alla Time Projection Chamber e al rivelatore Time-of-Flight hanno permesso di aumentare notevolmente la velocità di acquisizione dei dati: fino a un fattore 500 rispetto ai precedenti run. I gruppi INFN di ALICE hanno un ruolo centrale in molti dei rivelatori di ALICE, tra i quali appunto Inner Tracking System 2 e Time-of-Flight. Per gestire e analizzare in modo efficiente l’enorme volume di dati prodotti, ALICE utilizza oggi anche un sistema di filtraggio basato su software, capace di selezionare eventi specifici, come quelli che portano alla produzione di mesoni beauty. Questo approccio è parte del nuovo framework computazionale Online-Offline (O2), progettato per rispondere alle esigenze di prestazioni del Run 3 e delle future fasi dell’LHC.
La probabilità di produzione delle particelle contenenti quark beauty può essere prevista grazie a calcoli basati sulla cromodinamica quantistica (QCD), la teoria che descrive l’interazione forte responsabile della coesione dei protoni. Nella nuova regione esplorata da ALICE, i calcoli hanno maggiori incertezze e dipendenze dalle assunzioni fatte: questo rende l’impatto delle misure particolarmente significativo.
Infine, questa nuova misura rappresenta un importante riferimento per l’analisi dei grandi campioni di dati da collisioni tra ioni pesanti raccolti durante il Run 3 dell’LHC. “La misura della produzione di beauty in questi eventi, che riproducono condizioni simili a quelle presenti nei primi microsecondi dopo il Big Bang, è essenziale per studiare il comportamento dei quark beauty nel plasma di quark e gluoni, una fase primordiale della materia.” commenta Grazia Luparello (INFN Trieste) – coordinatrice del gruppo di lavoro che ha prodotto la misura.
