Creata una particella esotica con quattro quark charm

I quark sono delle particelle puntiformi che tipicamente si trovano in gruppi da due (mesoni) o tre (barioni), i più familiari dei quali sono protoni e neutroni. Ci sono sei tipi, o sapori, di quark: up, down, strange, charm, bottom e top. Per la prima volta è stata creata una particella con quattro charm: due quark charm e due anti-quark charm.

I quark, oltre ad aver dato il nome ad alcuni dei migliori programmi di divulgazione scientifica della televisione italiana, sono delle particelle fondamentali all'interno del Modello Standard (che potete approfondire quì), la principale teoria per spiegare il comportamento della materia a partire dai suoi componenti fondamentali.

In un famoso articolo del 1964, i fisici americani Murray Gell-Mann e George Zweig hanno proposto l'esistenza di particelle con quattro quark (tetraquark), aggiungendo una coppia quark e anti-quark a un mesone, o di creare un pentaquark aggiungendo una coppia a un barione.

Ci sono voluti circa 50 anni per ottenere la prova inconfutabile dell'esistenza di questo tipo di particelle; nell'Aprile 2014 la collaborazione LHCb ha dimostrato che Z(4430)+ è composta da quattro quark. L'anno successivo sono state osservati due pentaquark Pc(4450)+ e Pc(4380)+.

"Le particelle formate da quattro quark sono estremamente esotiche, e questa che abbiamo scoperto è la prima formata da quattro quark dello stesso tipo, in particolare due quark charm e due anti-quark charm," spiega il Dr. Giovanni Passaleva di LHCb. "Fino ad ora, LHCb aveva trovato tetraquark con al massimo una coppia dello stesso sapore."

X(6900) è stato rilevato grazie a una tecnica che cerca un eccesso di collisioni, conosciuto come bump, su un background di eventi. Cercando tra l'intero database di LHCb, nel periodo tra il 2009 e il 2013 e successivamente tra il 2015 e il 2018, hanno rilevato un bump che consisteva in un due quark charm e due anti-quark charm. Un'altra grande scoperta presso LHC, che recentemente aveva annunciato la creazione contemporanea di quattro quark top.

Il bump aveva una confidenza statistica maggiore di 5 deviazioni standard, la soglia usuale per poter annunciare la scoperta di una particella, e corrispondeva a un intervallo di massa in ci si aspettava un tetraquark di questo tipo.

"Queste particelle esotiche hanno fornito un caso su cui testare i nostri modelli per il funzionamento della materia ordinaria, come protoni e neutroni," spiega il Dr. Chris Parkes. "È stato molto eccitante vederle apparire in una collisione presso il Large Hadron Collider."