Il CERN ha beccato una nuova particella

Xi_cc⁺⁺, una nuova particella subatomica, è stata rilevata dal Large Hadron Collider (LHC), l’acceleratore più grande e potente realizzato dal CERN e che si trova nel sottosuolo di Ginevra in Svizzera. La nuova scoperta aiuterà i ricercatori ad approfondire le loro conoscenze sull’interazione forte, cioè la forza che tiene insieme i nuclei degli atomi. L’esistenza della nuova particella era già stata teorizzata dai modelli matematici, ma non era stato ancora possibile rilevarne strumentalmente la presenza. La prima osservazione di Xi_cc⁺⁺ è stata annunciata oggi durante una conferenza organizzata a Venezia. La ricerca che ha portato a questo importante risultato è stata effettuata dai responsabili dell’esperimento LHCb presso il CERN, sotto la guida di Patrick Spradlin dell’Università di Glasgow (Regno Unito).

Xi_cc⁺⁺ è un barione, cioè una particella subatomica costituita a sua volta da tre particelle più piccole, i quark. Semplificando molto, quasi tutto ciò di cui siamo fatti e che ci sta intorno è costituito da barioni (i più conosciuti sono neutroni e protoni). I ricercatori sanno però che esistono sei tipi diversi di quark (tra pesanti e leggeri), che teoricamente si possono combinare tra loro in molti modi per portare alla formazione di vari barioni: quelli che erano stati osservati finora erano tutti costituiti da tre quark, ma non più di uno pesante.

Ora i ricercatori dell’esperimento LHCb sono riusciti a confermare l’esistenza di un barione con due quark pesanti. A differenza dei barioni identificati finora, dove i tre quark ruotano gli uni intorno agli altri in modi piuttosto elaborati, nelle particelle subatomiche Xi_cc⁺⁺ i quark dovrebbero comportarsi più o meno come in un sistema solare binario: i due quark pesanti sono come due stelle che orbitano l’una intorno all’altra, mentre il quark più leggero orbita loro intorno come farebbe un pianeta.

Identificata la particella, i ricercatori dovranno ora studiarla per confermare le loro teorie sui movimenti dei quark al suo interno. Nel farlo, potranno anche comprendere nuove cose sul funzionamento dell’interazione forte e su come questa influisca nel tenere insieme il sistema. L’esperimento LHCb potrebbe portare inoltre alla scoperta di altre particelle con due quark pesanti.

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 anello 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 percorsi da corrente creano un fortissimo campo magnetico che dà ai protoni l’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 quasi 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 o negli ultimi mesi con Xi_cc⁺⁺.