La conferinta de la Venezia (Italia) a Societatii Europene de Fizica a fost anuntata descoperirea unei noi particule compuse din trei quarci: doi dintre acestia sunt quarci de tipul “charm”, mult mai grei decat “up” si “down” care compun protonii si neutronii. Denumita Xi, noua particula ne va ajuta sa intelegem mai bine forta nucleara tare si rolul acesteia in Univers.

La exact cinci ani de cand a fost anuntata descoperirea bosonului Higgs, cel care ne ajuta sa intelegem cum de au particulele  masa, o noua descoperire, particula Xi, a fost recent anuntata de catre cercetatorii colaborarii LHCb. Rezultatele urmeaza sa fie publicate in Physical Review Letters.

LHCb este un experiment la marele accelerator de particule de la Geneva (Large Hadron Collider – LHC) care are ca obiectiv principal sa studieze diferentele intre materie si antimaterie, adica intre comportamentul particulelor si al antiparticulelor de un anumit fel. LHCb insa a realizat multe alte descoperiri, printre care si cea a barionului Xi.

Ce anume este un barion? Protonii si neutronii sunt exemple de barioni, adica de particule copuse din trei quarci. Quarcii sunt particule elementare din cadrul asa-numitului Model Standard al fizicii particulelor elementare, care contine sase tipuri de quarci: up, down, charm, strange, top si bottom. Ultimul dintre acestia (top) a fost descoperit catre sfarsitul secolului trecut.

Protonii si neutronii sunt compusi din quarci up si down (protonul contine doi quarci up si unul down iar neutronul doi quarci down si unul up). Quarcii sunt legati in cadrul barionilor de catre forta nucleara tare, care are ca mediator al interactiunii asa-numitii “gloni”, ce functioneaza ca un fel de lipici ce tine quarcii impreuna.

Noua particula descoperita de cercetatorii de la LHCb contine doi quarci de tip charm si unul up. Quarcii de tip charm sunt mult mai grei decat up si down. Xi este prima particula descoperita pana acum care contine doi cuarci de tip charm. Masa acestei particule este de circa 3.6 GeV, fiind de aproape patru ori mai grea decat protonul.

Forta nucleara tare nu este inca pe deplin inteleasa: stim ca quarcii sunt “prizonieri” in barioni, si nu exista quarci liberi la ora actuala in Univers. Se crede ca imediat dupa Big Bang toate particulele, inclusiv quarcii, nu erau inca legate in particulele de astazi (neutroni, protoni)  ci formau un fel de plasma de quarci si gluoni.

Cum putem sa ne imaginam particula Xi? Cercetatorii de la LHCb ne sugereaza un model asemanator cu un sistem planetar care contine doua stele ce orbiteaza una in jurul celeilalte (quarcii charm) si cu o planeta (quarcul up) care, la randul ei, orbiteaza in jurul celor doua stele. Evident ca in lumea particulelor, unde legile mecanicii cuantice isi spun cuvantul, aceasta imagine este doar o aproximatie, care nu are multe legaturi cu ceea ce se intampla in realitate.

Noua particula, Xi, este deosebit de instabila: practic se dezintegreaza in circa a mia parte dintr-a miliarda parte dintr-o secunda! O viata cu adevarat extrem de scurta. Se crede ca astfel de particule ar putea lua nastere nu doar la acceleratorul de la Geneva, in urma ciocnirii intre protonii de energie foarte mare care circula acolo, ci si in urma interactiunii razelor cosmice cu nucleele atomilor din atmosfera. Protoni cu energie extrem de mare care sunt generati in exploziile Supernovelor ar putea ajunge pana la noi si da nastere inclusiv la particula Xi in atmosfera.

La ora actuala cercetatorii sunt pe urmele unor particule si mai exotice decat Xi: cele care contin pe langa doi quarci charm un quark de tip strange de exemplu.

Studiul acestor particule ne va ajuta sa intelegem mai bine cum gluonii reusesc sa tina quarcii impreuna in nucleele atomilor si care este rolul interactiunii nucleare tari in Univers.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro