Da quando ha iniziato la sua seconda serie operativa nel 2015, il Large Hadron Collider ha fatto cose piuttosto interessanti. Ad esempio, a partire dal 2016, i ricercatori del CERN hanno iniziato a utilizzare la collisione per condurre l'esperimento di bellezza Large Hadron Collider (LHCb). Questa indagine cerca di determinare cosa è accaduto dopo il Big Bang in modo che la materia fosse in grado di sopravvivere e creare l'Universo che conosciamo oggi.
Negli ultimi mesi, l'esperimento ha prodotto alcuni risultati impressionanti, come la misurazione di una forma molto rara di decadimento delle particelle e l'evidenza di una nuova manifestazione di asimmetria materia-antimateria. E più recentemente, i ricercatori dietro LHCb hanno annunciato la scoperta di un nuovo sistema di cinque particelle, che sono state osservate in un'unica analisi.
Secondo il documento di ricerca, che è apparso in arXiv il 14 marzo 2017, le particelle che sono state rilevate erano stati eccitati di quello che è noto come un barione "Omega-c-zero". Come altre particelle del suo genere, l'Omega-c-zero è composto da tre quark - due dei quali sono "strani" mentre il terzo è un quark "affascinante". L'esistenza di questo barione è stata confermata nel 1994. Da allora, i ricercatori del CERN hanno cercato di determinare se esistessero versioni più pesanti.
E ora, grazie all'esperimento LHCb, sembra che li abbiano trovati. La chiave era esaminare le traiettorie e l'energia lasciata nel rivelatore dalle particelle nella loro configurazione finale e riportarle al loro stato originale. Fondamentalmente, le particelle di Omega-c-zero decadono attraverso la forza forte in un altro tipo di barione (Xi-c-plus) e quindi attraverso la forza debole in protoni, kaoni e pioni.
Da questo, i ricercatori sono stati in grado di determinare che ciò che stavano vedendo erano particelle Omega-c-zero in diversi stati energetici (cioè di dimensioni e masse diverse). Espresse in megaelettronvolt (MeV), queste particelle hanno masse rispettivamente di 3000, 3050, 3066, 3090 e 3119 MeV. Questa scoperta è stata piuttosto singolare, poiché ha comportato il rilevamento di cinque stati di energia superiore di una particella allo stesso tempo.
Ciò è stato reso possibile grazie alle capacità specializzate del rivelatore LHCb e al grande set di dati che è stato accumulato dalla prima e dalla seconda serie dell'LHC, che ha funzionato dal 2009 al 2013 e dal 2015, rispettivamente. Armati delle attrezzature e dell'esperienza giuste, i ricercatori sono stati in grado di identificare le particelle con un travolgente livello di certezza, escludendo la possibilità che si trattasse di un colpo di fortuna statistico nei dati.
La scoperta dovrebbe anche far luce su alcuni dei misteri più profondi delle particelle subatomiche, come il modo in cui i tre quark costituenti sono legati all'interno di un barione dalla "forza forte" - cioè la forza fondamentale che è responsabile di tenere insieme gli interni degli atomi . Un altro mistero che questo potrebbe aiutare a risolvere nella correlazione tra diversi stati di quark.
Come ha spiegato il dott. Greig Cowan - un ricercatore dell'Università di Edimburgo che lavora all'esperimento LHCb presso l'LHC di Cern - in un'intervista alla BBC:
“Questa è una scoperta sorprendente che farà luce su come i quark si uniscono. Può avere implicazioni non solo per comprendere meglio i protoni e i neutroni, ma anche stati multi-quark più esotici, come pentaquark e tetraquark.“
Il prossimo passo sarà determinare i numeri quantici di queste nuove particelle (i numeri usati per identificare le proprietà di una specifica particella) e determinarne il significato teorico. Da quando è arrivato online, l'LHC ha contribuito a confermare il Modello standard della fisica delle particelle, oltre a spingersi oltre per esplorare le maggiori incognite su come l'Universo è diventato e su come le forze fondamentali che lo governano si incastrano.
Alla fine, la scoperta di queste cinque nuove particelle potrebbe essere un passo cruciale lungo la strada verso una Teoria del Tutto (ToE), o solo un altro pezzo nel puzzle molto grande che è la nostra esistenza. Resta sintonizzato per vedere quale!
