Nuova particella subatomica osservata grazie agli ultimi esperimenti del CERN

Nuova particella subatomica trovata presso il CERN di Ginevra grazie agli ultimi esperimenti dell'acceleratore di particelle LHC. La nuova particella, che chiameremo Xi doppio charm, era prevista dalla teoria quantistica e la sua conferma è importante non solo perché ne rafforza la validità, ma anche per la massa elevata di questa particella.

Come era stata prevista questa particella? Di che teoria stiamo parlando? I più curiosi possono consultare una breve guida che spiega il Modello Standard della fisica moderna. I meno volenterosi possono accontentarsi di poche, approssimative ma essenziali nozioni. Nel mondo delle particelle si parla di quark e sono suddivisi in 3 generazioni ognuna avente due particelle: nella prima generazione ci sono quark up e down, nella seconda quark charm e strange e nella terza quark top e bottom. Solo quelli appartenente alla prima generazione, up e down, sono i più stabili ed infatti costituiscono le particelle più famose della nostra materia, protoni e neutroni.

Dunque questi 6 quark fondamentali possono essere opportunamente mischiati in gruppi di 3 quark ognuno per costituire altre particelle chiamate barioni, di cui indicheremo i nomi con 3 lettere ognuna iniziale del quark che la compone. Ad esempio il protone è un barione costituito da due quark up e uno down (uud) mentre il neutrone da un quark up e due down (udd). Ora possiamo rispondere alla prima domanda: come era stata prevista la nuova particella Xi doppio charm? Se abbiamo stabilito i quark basilari possiamo pensare di mescolarli seguendo le leggi fisiche esattamente come se fossero delle "biglie" colorate che vanno a formare una "biglia" più grande. Xi doppio charm è un barione formato da un quark up e due quark charm (ucc). Mischiando i quark base era stata prevista teoricamente e con le osservazioni di LHC (nello specifico di LHCb, uno dei quattro esperimenti di tutto l'acceleratore di particelle) è stata confermata.

Immaginate di giocare ad un gioco di ruolo e di creare il vostro personaggio per affrontare l'avventura: se gli sviluppatori hanno scelto di lasciarvi la decisione di selezionare solo 3 abilità speciali su 6 totali è chiaro che le combinazioni che potete fare sono già prevedibili logicamente e il risultato saranno diversi personaggi caratterizzati da queste 3 abilità base. Allo stesso modo i barioni sono uno diverso dall'altro a seconda dei 3 quark di cui sono composti su 6 possibili.

Ora, se ci siete fino a qui, possiamo discutere della teoria di cui si parla. Prima però bisogna sapere che le forze fondamentali previste dalla fisica attualmente sono 4: gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. La forza nucleare forte, detta anche interazione forte, è quella che ci interessa, perché è trattata dalla cromodinamica quantistica, la teoria che la descrive. La scoperta della particella Xi doppio charm è una conferma della cromodinamica quantistica, quindi dell'interazione forte che tiene uniti i nuclei di tutti gli atomi, ovvero è il collante fra protoni e neutroni. Noi siamo fatti di atomi ed è abbastanza interessante sapere cosa ci tiene uniti, giusto? Non sarebbe piacevole sapere che qualcuno va in giro a dire che il nucleo atomico è tenuto insieme grazie al Super Attack, e dopo il movimento dei terrapiattisti non ci sarebbe neanche da sconvolgersi.

La cromodinamica quantistica è affascinante perché, così come nell'elettromagnetismo viene associata carica positiva ai protoni e carica negativa egli elettroni, qui abbiamo a che fare sempre con una carica ma per evitare confusione è stata chiamata carica di colore. I colori scelti sono rosso, blu e verde e vanno pensati come una caratteristica intrinseca delle particelle. Potreste tranquillamente immaginare quark multicolore per semplicità, giusto per avere un'idea vivace di queste teoria.

Xi doppio charm può essere pensata come un sistema planetario binario composto da due stelle che girano l'una attorno all'altra, i due quark charm con grande massa, e un terzo corpo che ruota attorno a queste, il quark up. Non resta che capire quanto può vivere questo barione, essendo composto da quark pesanti e quindi instabili. La caratteristica più sorprendente di questa scoperta è che Xi doppio charm è il primo barione con massa elevata ad essere rilevato.

La nuova particella è una conferma della validità delle teorie sviluppate nell'ultimo secolo, nonostante sia chiaro a tutta la comunità scientifica che deve esserci qualcosa al di là del modello standard delle particelle.