Più di tre anni dopo aver scoperto una particella subatomica mai vista prima, i fisici ora sanno come queste particelle - chiamate pentaquark - sono messe insieme.
Una nuova ricerca rivela tre tipi completamente nuovi di pentaquark e mostra che sono fatti ciascuno di due componenti: un cluster a tre quark chiamato baryon e un abbinamento di quark e antiquark chiamato meson.
"Abbiamo un'immagine molto più nitida e abbiamo detto:" Oh mio Dio, ci sono cose che in realtà non abbiamo immaginato ", ha detto il leader dello studio Tomasz Skwarnicki, un fisico della Syracuse University nello stato di New York.
Struttura subatomica
I quark sono particelle subatomiche che si presentano in sei tipi (su, giù, strano, fascino, fondo e cima). Sono i mattoni di protoni e neutroni, che sono composti da tre quark ciascuno. Queste particelle di tre quark sono anche conosciute come barioni. Un altro importante tipo di particella è il mesone; questi sono ciascuno composto da un quark e un antiquark. Gli antiquark sono gli strani cugini di antimateria dei quark.
Negli anni '60, quando i fisici iniziarono a teorizzare per la prima volta su tutti questi quark, si resero conto che non c'era motivo di non avere particelle formate da quattro o cinque quark, Skwarnicki disse a Live Science. Ma non c'erano prove sperimentali di particelle di cinque quark o pentaquark, cioè fino al 2015, quando Skwarnicki e i suoi colleghi hanno scoperto gli oggetti tra le particelle create dalle collisioni nel Large Hadron Collider a Ginevra.
All'epoca, disse Skwarnicki, i dati erano un po 'confusi. Da allora, i ricercatori hanno aumentato la quantità di dati che hanno su questi pentaquark di un fattore nove. Ciò ha portato a un'immagine molto più nitida, ha detto Skwarnicki.
Sfere di quark
La prima cosa che i ricercatori hanno scoperto è che ci sono tre pentaquark separati di tre masse uniche tra le particelle di LHC. Uno era in precedenza non rilevato. Gli altri due erano apparsi come un picco nello spettro della massa di particelle nello studio del 2015 ma ora sono evidenti come due particelle separate con masse separate.
Ancora più importante, i nuovi dati rivelano le strutture interne di questi pentaquark. In precedenza, disse Skwarnicki, non era chiaro come fossero disposti i cinque quark all'interno del pentaquark. Hanno tutti interagito tra loro? Oppure c'erano invece due ammassi: un barione a tre quark e un mesone (la particella formata da un quark e un antiquark) che interagivano tra loro?
I nuovi dati rivelano che si tratta dell'ultimo caso. In base al modo in cui i quark decadono - sono instabili ed esistono solo brevemente prima di modificare le loro configurazioni - devono essere fatti di barioni e mesoni interagenti, ha detto Skwarnicki. I pentaquark sono costituiti da un quark charm, un quark anti-charm, due quark up e uno quark down. Hanno masse diverse perché i quark esistono in diversi stati quantistici.
"Il significato delle nuove osservazioni è che ora punta in una direzione chiara", ha detto. Ogni pentaquark è composto da un barione con tre quark all'interno e un mesone con un quark e un antiquark.
"È come due sfere separate di quark che si attaccano l'un l'altro", ha detto Skwarnicki.
Skwarnicki ha presentato i risultati il 26 marzo alla conferenza di fisica Rencontres de Moriond a La Thuile, Italia. I ricercatori hanno in programma di effettuare ulteriori misurazioni per confermare i loro risultati, ha detto Skwarnicki, e hanno in programma di cercare ulteriori accordi pentaquark.
"In realtà sono fiducioso che in futuro vedremo più di queste particelle di tipo pentaquark", ha detto.
