Dopo decenni passati a curiosare nella matematica dietro la colla che tiene insieme le interiora di tutta la materia, i fisici hanno trovato una strana particella ipotetica, che non è mai apparsa in nessun esperimento. Chiamato sexaquark, lo strano gioco è composto da una disposizione funky di sei quark di vari gusti.
Oltre ad essere un personaggio dal suono fresco, il sexaquark potrebbe eventualmente spiegare il mistero sempre esasperante della materia oscura. E i fisici hanno scoperto che se il sexaquark ha una massa particolare, la particella potrebbe vivere per sempre.
Quark of nature
Quasi tutto ciò che conosci e ami è fatto di minuscole particelle conosciute come quark. Ce ne sono sei, dati i nomi, per vari motivi nerd, di su, giù, alto, basso, strano e affascinante. Le varietà su e giù sono le più leggere del grappolo, il che le rende di gran lunga le più comuni. (Nella fisica delle particelle, più sei pesante, più è probabile che tu decada in cose più piccole e più stabili.)
I protoni e i neutroni all'interno del tuo corpo sono tutti composti da trii di quark; due alti e un basso formano un protone, e due bassi e un alto formano un neutrone. In effetti, a causa della natura complicata della forza forte, i quark amano davvero uscire in gruppi di tre, e questa è anche la configurazione più stabile e più comune.
Occasionalmente nei nostri collettori di particelle, creiamo particelle composte ciascuna da una coppia di quark; questi agglomerati sono instabili e rapidamente decadono in qualcos'altro. A volte, quando ci impegniamo molto, possiamo incollare insieme cinque quark e farli giocare bene l'uno con l'altro - brevemente - prima che anche loro si degradino in qualcos'altro.
E ad oggi, queste sono tutte le combinazioni di quark che siamo stati in grado di produrre.
Tuttavia, potrebbe esserci qualcosa di sconosciuto.
La fucina degli elementi
Dopo decenni di frugate negli angoli matematici della forte forza nucleare, i fisici hanno trovato una strana combinazione che deve ancora apparire nei nostri esperimenti: una disposizione di sei quark, composta da due up, due down e due strange: il sexaquark.
Le teorie non prevedono una massa per il sexaquark; questo valore dipende dalla disposizione e dall'interazione precise dei singoli quark all'interno di quella particella, quindi spetta ai fisici sperimentali sostenerlo. E per quanto riguarda la stabilità del sexaquark? I calcoli suggeriscono che se la sua massa scende al di sotto di una certa soglia, sarebbe assolutamente stabile per sempre, il che significa che non decadrà mai. E se la massa fosse un po 'più grande di quella, ma comunque al di sotto di una certa soglia, allora la particella si deteriorerebbe, ma per tempi così lunghi che potrebbe anche essere stabile per sempre.
Quindi se è stabile, perché non l'abbiamo mai visto?
Curiosamente, la gamma di masse stabili per il sexaquark scende al di sotto della soglia di ciò che molti esperimenti sul collettore di particelle possono creare; questi strumenti sono stati progettati per studiare particelle molto più rare, molto più pesanti e molto più fugaci. In altre parole, il sexaquark potrebbe nascondersi in bella vista, avendo semplicemente volato sotto il radar per tutti questi anni.
Ma i collezionisti di particelle non sono l'unico posto per creare sexaquark. I primi momenti del Big Bang furono un focolaio frenetico di energie nucleari, con temperature e pressioni abbastanza elevate da forgiare elio e idrogeno da una zuppa cruda di quark. E quella fucina potrebbe anche aver inondato il nostro cosmo di sexaquark, insieme a tutti i personaggi subatomici più familiari.
Calcoli preliminari suggeriscono che se il sexaquark fosse una cosa reale all'interno della giusta gamma di masse, avrebbe potuto essere prodotto in ridicola abbondanza nell'universo primordiale. E avrebbe potuto sopravvivere a quell'inferno giovanile. In effetti, i sexaquark possono ancora esistere, non interagire realmente con nulla, non decadere davvero in qualsiasi altra cosa - solo esistendo, creando ulteriori attrazioni gravitazionali ovunque si raccolgano, a causa della loro massa.
Una particella invisibile che sta inondando l'universo e che interagisce solo attraverso la gravità? Bingo. Questa è materia oscura.
Una luce nel buio
Affinché il sexaquark componga la materia oscura, deve effettivamente esistere. Questo è attualmente un argomento di dibattito, poiché l'oggetto non è mai stato individuato in un esperimento di collisione di particelle. Ma come abbiamo visto prima, la massa relativamente leggera del sexaquark può significare che è stata in grado di passare inosservata, semplicemente perché non l'abbiamo cercata.
Ma questo sta iniziando a cambiare. Il rivelatore BaBar presso lo SLAC National Accelerator Laboratory in California è davvero bravo a produrre molte combinazioni di quark, compresi alcuni molto pesanti che decadono in accordi più stabili e più ragionevoli. BaBar dovrebbe anche produrre un raccolto eccezionale di sexaquark, se esistono.
Un documento pubblicato il 2 gennaio nel database arXiv ha riportato l'ultimo risultato: nessun segno del sexaquark. Ma tale constatazione ha un livello di confidenza del solo 90%. Ciò significa che se le combinazioni di quark più massicce e meno stabili decadono in sexaquark stabili, lo fanno molto raramente, ad un ritmo di solo 1 decadimento ogni 10 milioni.
Questo esclude il sexquark come candidato per la materia oscura? Non proprio. È possibile che le condizioni dell'universo primordiale consentissero di creare abbastanza sexaquark da poter spiegare la quantità di materia oscura che stimiamo sia nell'universo. Ma il nuovo risultato rende difficile usare il sexaquark per spiegare la materia oscura.
Bel tentativo, sexaquark, ma niente sigaro - almeno, non ancora.
Paul M. Sutter è un astrofisico aSUNY Stony Brook e il Flatiron Institute, host diChiedi a un astronauta eSpace Radioe autore diIl tuo posto nell'universo.
