Nuova particella al CERN, 4 volte più pesante del protone: la spiegazione degli scienziati che l’hanno scoperta
“Un’osservazione che potrà contribuire a verificare i modelli teorici della cromodinamica quantistica”. Con queste parole Vincenzo Vagnoni, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFI) e responsabile della collaborazione LHCb, spiega il significato della scoperta della particella Xi_cc+, osservata al CERN con una significatività statistica di 7 sigma, uno dei livelli più alti di certezza nella fisica delle particelle. La particella Xi_cc+ è stata identificata nell’esperimento LHCb del Large Hadron Collider ed è simile a un protone, ma con una differenza cruciale: al posto dei due quark up presenta due quark charm, molto più pesanti, che ne quadruplicano la massa. Ma perché questa scoperta è così importante per i fisici?
Studiare particelle di questo tipo permette di mettere alla prova la teoria quantistica che descrive l’interazione forte che tiene insieme protoni e neutroni all’interno degli atomi. La scoperta è stata presentata durante la conferenza internazionale Rencontres de Moriond, uno degli appuntamenti più importanti per la fisica delle particelle, che quest’anno celebra la sua sessantesima edizione.
Come è stata osservata la particella Xi_cc+
“La particella Xi_cc+ viene prodotta assai raramente nelle collisioni tra protoni e, a differenza del protone, è instabile” spiegano i ricercatori. La sua vita media è di appena 45 femtosecondi, un intervallo estremamente breve che rende impossibile osservarla direttamente.
Per questo motivo gli scienziati hanno utilizzato un approccio indiretto, ricostruendo la particella a partire dai suoi prodotti di decadimento. Nel caso di Xi_cc+, il segnale è stato identificato attraverso tre particelle più leggere (Λc⁺, K⁻ e π⁺), con circa 915 eventi osservati e una massa di 3619,97 MeV/c², coerente con le previsioni teoriche.
“Il rivelatore è una sorta di ‘fotocamera’ che scatta immagini delle collisioni fino a 40 milioni di volte al secondo” ha spiegato Stefano De Capua dell’Università di Manchester, descrivendo il funzionamento del sistema che ha permesso di individuare il segnale.
“Una nuova finestra su una forma di materia molto insolita”
“Stiamo aprendo una nuova finestra su una forma di materia molto insolita” ha commentato Ao Xu, ricercatore della Scuola Normale Superiore associato all’INFN e coinvolto nell’analisi dei dati. “Con il rivelatore LHCb aggiornato è davvero l’inizio di una nuova era per questi studi”. La scoperta è infatti la prima ottenuta dopo il grande aggiornamento del rivelatore completato nel 2023.
“Questo risultato conferma la capacità di LHCb di operare con una intensità dei fasci molto più elevata rispetto al passato” ha aggiunto Giovanni Punzi, coordinatore nazionale dell’INFN in LHCb Oltre all’aspetto tecnologico, il risultato risolve anche una questione aperta da oltre vent’anni. “La massa osservata è incompatibile con precedenti segnalazioni non confermate e coerente con le previsioni teoriche” osservano i ricercatori, rafforzando il quadro teorico costruito negli ultimi anni.
Con il rivelatore aggiornato, gli scienziati si aspettano ora di individuare molte altre particelle simili, aprendo la strada a misure ancora più precise della struttura della materia. Come sottolineato il professor Chris Parkes dell’Università di Manchester, questa scoperta si inserisce in una tradizione scientifica che risale agli inizi della fisica moderna: “Dall’esperimento della lamina d’oro di Rutherford fino alle tecnologie del CERN, dimostra quanto lontano possa portarci la ricerca guidata dalla curiosità”.
