I pentaquark esistono, dice il CERN

Un gruppo di ricercatori del CERN – il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle con sede a Ginevra, in Svizzera – ha confermato l’esistenza del pentaquark, una particella subatomica composta da un gruppo di cinque quark finora solo teorizzata e mai osservata negli esperimenti pratici. La scoperta è stata resa possibile grazie ai test eseguiti presso il Large Hadron Collider (LHC), l’enorme acceleratore di particelle tornato in funzione a inizio giugno dopo un lungo periodo di manutenzione. Lo studio dei pentaquark permetterà di comprendere meglio le caratteristiche della materia, cioè di tutto ciò che costituisce ciò che siamo e che abbiamo intorno.

Nel 1964 il fisico statunitense Murray Gell-Mann diede un fondamentale contributo allo studio della materia quando ipotizzò che una particolare categoria di particelle subatomiche chiamate barioni – che comprendono i neutroni e i protoni, tra i costituenti dell’atomo – fossero formate da tre quark, mentre i mesoni da un quark e un antiquark (semplificando, i quark sono fermioni elementari, i mattoncini che servono per costruire i protoni e i neutroni). Basò la sua teoria su una serie di equazioni piuttosto complesse, che gli valsero il premio Nobel per la fisica nel 1969. Il modello di Gell-Mann comprendeva anche l’esistenza di altre particelle, come appunto i pentaquark formati da quattro quark e da un antiquark: sono barioni esotici, che non seguono cioè le regole dei barioni classici e per questo le loro caratteristiche, e il loro ruolo nella fisica delle particelle, è ancora molto dibattuto.

Finora non era mai stato possibile rilevare la presenza dei pentaquark, gli esperimenti in tal senso si erano rivelati inconcludenti. I nuovi test svolti al CERN hanno portato a risultati positivi grazie allo studio del decadimento di alcuni tipi di barioni. Semplificando molto, come spiegano i ricercatori: prima si cercavano le ombre dei pentaquark, negli ultimi esprimenti è stato invece possibile cercarli direttamente puntando una torcia nei punti giusti per identificarli. Ora c’è comunque da capire come i quark restano insieme nella conformazione dei pentaquark.

LHC
Al CERN ci sono sette acceleratori principali; il più grande di tutti è LHC, che si estende su una circonferenza di 27 chilometri nel sottosuolo dell’area di Ginevra. Semplificando, si può immaginare LHC come un’enorme circonferenza formata da un tubo vuoto, sul quale sono applicati 1.600 magneti superconduttori tenuti molto al fresco a una temperatura di -271,25 °C: a queste condizioni i magneti creano un particolare campo magnetico che permette di mantenere i protoni all’energia necessaria per condurre gli esperimenti. I protoni, se non ve lo ricordate da scuola, sono particelle subatomiche con carica elettrica positiva e che insieme ai neutroni (carica neutra) e agli elettroni (carica negativa) costituiscono gli atomi. In un certo senso LHC è l’oggetto gelato più grande mai costruito dall’uomo.

Per studiare il comportamento delle particelle subatomiche, i ricercatori fanno un gioco piuttosto spietato: le fanno scontrare tra loro all’interno del tubo a una velocità altissima, prossima a quella della luce (che è pari a 299.792,458 chilometri al secondo). Da questi scontri si produce un’enorme quantità di particelle che vengono analizzate da alcuni misuratori, in modo da capire quali sono le loro caratteristiche e se sono compatibili con quelle delle teorie formulate fino a ora nell’ambito della fisica delle particelle. In questo modo se ne possono quindi scoprire di nuove, come è avvenuto con il bosone di Higgs nel marzo del 2013.