Pentaquark, Lhc conferma: “Aveva ragione Gell-Mann”

Il pentaquark, una particella teorizzata dal premio Nobel per la fisica Murray Gell-Mann, appena scomparso, è proprio come lui l’aveva immaginato. Oggi, Lhcb, uno dei quattro grandi esperimenti presso il grande Large Hadron Collider (Lhc) al Cern di Ginevra, ha annunciato di aver osservato con maggiore precisione un nuovo pentaquark, già scoperto nel 2015, e di averne studiato meglio la struttura. L’esperimento Lhcb conferma la struttura del pentaquark, composta da cinque quark, così come era stata pensata.

I risultati sono pubblicati su Physical Review Letters.

Nel 1964, i fisici Murray Gell-Mann e George Zweig hanno formulato per la prima volta la teoria dei quark. I due scienziati introdussero queste particelle per spiegare la struttura degli adroni, particolari particelle subatomiche composte, un’ampia categoria in cui rientrano mesoni e barioni (che a loro volta comprendono protoni, neutroni e altre particelle). Il modello a quark di Gell-Mann e Zweig prevede anche la possibilità di nuove particelle, come il pentaquark, la cui struttura è composta da cinque quark.

Nel 2015, Lhcb ha osservato per la prima volta il pentaquark. La scoperta è frutto di un’attenta analisi che ha mostrato che i risultati erano compatibili con la presenza di cinque quark che compongono la struttura di questa particella. Oggi, a quattro anni di distanza, indagini ancora più approfondite e con una soglia di precisione più elevata, confermano che si tratta di un pentaquark.

La nuova particella, chiamata Pc(4312)⁺, non è stabile e decade (cioè produce) un protone e una particolare particella composta da due quark. Questa osservazione ha una significatività statistica di 7,3 sigma (ovvero è precisissima), superiore alla soglia dei 5 sigma (famosa per chi ha seguito la vicenda del bosone di Higgs). Questa stima indica un’accuratezza della misura davvero elevata – in pratica la probabilità di ottenere questo risultato in assenza della particella è bassissima, pressoché nulla.

I ricercatori mostrano che il pentaquark è formato da due set di quark, che si sono in qualche modo legati. Il primo è un mesone, un tipo di particella subatomica composta da due quark (un quark e un antiquark), e il secondo è un barione, composto da tre quark – un esempio di barione è il protone o il neutrone.

In particolare, ci sono due interpretazioni. “I quark potrebbero essere saldamente legati”, ha sottolineato il fisico Liming Zhang dell’università Tsinghua a Pechino, “oppure potrebbero essere legati debolmente in una sorta di molecola composta da un mesone e un barione. In questo stato il mesone e il barione sono tenuti insieme da una forza residua forte simile a quella che lega i protoni e i neutroni per formare il nucleo dell’atomo”. Le due ipotesi sono rappresentate nelle figure seguenti, rispettivamente la prima e la seconda.

Insomma, lo studio conferma che il pentaquark non è semplicemente la somma di questi cinque quark, messi insieme casualmente, ma che la sua architettura potrebbe essere più organizzata e somigliare a quella che si osserva nell’atomo, dove protoni e neutroni sono legati insieme. Per comprendere meglio quale delle due ipotesi sia più probabile, sottolineano gli autori, sono necessari ulteriori studi.

Inoltre, il gruppo di ricerca di Lhcb conferma anche la composizione dei quark, ovvero quali tipologie di quark costituiscono la nuova particella. Già perché i quark non sono tutti uguali, ma ne esistono sei categorie differenti (chiamate dai fisici sapori). In questo caso i cinque quark sono: duequark up, un quark down, un quark charm e un quark anti-charm.

Via: Wired.it

(Foto: Jeremy Keith/CC via Flickr)

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