I fisici del CERN hanno scoperta una nuova particella esotica

I fisici della collaborazione ATLAS presso il Large Hadron Collider del CERN hanno annunciato l’osservazione di una nuova particella esotica, aprendo nuove e affascinanti prospettive nella comprensione del nostro universo. Si tratta nello specifico del mesone eccitato B_c^*+, una particella composta da un quark charm e un antiquark bottom. La scoperta rappresenta un traguardo fondamentale per lo studio della forza nucleare forte, l’interazione che tiene uniti i quark all’interno degli adroni, come i più noti protoni e neutroni. Nonostante decenni di studi teorici e sperimentali, molti aspetti di questa forza fondamentale rimangono ancora inesplorati. L’impiego di mesoni formati da quark pesanti fornisce ai ricercatori un laboratorio eccezionale per mettere alla prova le teorie attuali. Questo risultato straordinario sarà presto pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Physics Review Letters, offrendo nuovi dati per perfezionare i modelli teorici esistenti.

I mattoni della materia

Per comprendere l’importanza di questa scoperta, occorre fare un passo indietro verso i componenti fondamentali della materia. I protoni e i neutroni appartengono a una vasta famiglia di particelle chiamate adroni. Questi ultimi sono a loro volta particelle composite, formate da quark tenuti saldamente insieme dalla forza nucleare forte. Gli adroni si suddividono in 2 grandi gruppi: i barioni, costituiti da 3 quark, e i mesoni, che sono invece formati da una coppia composta da un quark e un antiquark. I mesoni B_c⁺ rivestono un interesse del tutto particolare per i fisici, poiché contengono 2 diverse tipologie di quark pesanti. L’analisi del loro comportamento e della loro struttura interna permette di svelare dinamiche difficili da misurare utilizzando particelle più leggere.

Una cattura al limite della tecnologia

I ricercatori di ATLAS hanno generato la versione eccitata del mesone durante collisioni protone-protone ad altissima energia all’interno dell’acceleratore LHC. Secondo quanto riportato dal team di scienziati, il mesone B_c^*+ decade in tempi brevissimi in un mesone B_c⁺ e in un fotone. Individuare questo fotone insieme ai prodotti di decadimento del mesone base rappresentava la prova inequivocabile della presenza della nuova particella. La sfida principale per il team consisteva nel fatto che la massa attesa del B_c^*+ è di pochissimo superiore a quella del B_c⁺. Di conseguenza, il fotone emesso nel decadimento trasporta un’energia estremamente bassa, del tutto impossibile da rilevare con i normali approcci di identificazione.

Metodi di ricerca innovativi

Invece di affidarsi alle tecniche standard, gli scienziati hanno cercato i segni della conversione del fotone in una coppia elettrone-positrone all’interno del rilevatore di tracciamento di ATLAS. Questo processo lascia dietro di sé tracce di particelle cariche molto ravvicinate, che si originano da un punto comune spostato rispetto alla collisione iniziale dei protoni. Tali tracce possono avere momenti trasversali bassissimi, fino a 100 MeV, valori significativamente inferiori rispetto a quelli solitamente analizzati. Questa dinamica ha richiesto l’implementazione di una procedura di ricostruzione delle tracce interamente dedicata per identificare con successo il mesone B_c^*+. La differenza di massa misurata è pari a 64.5 ± 1.4 MeV, un valore che rientra nelle aspettative teoriche disponibili pur deviando leggermente dai calcoli moderni ad altissima precisione.