LHCb scopre due nuovi barioni
P. CAMPANA 22-12-2014
La collaborazione LHCb ha recentemente inviato alla rivista Physical Rewiew Letters un articolo che riferisce della scoperta di due nuove particelle (di tipo barionico, particelle simili al protone e al neutrone) predette dal modello a quark, ma mai viste prima d'ora. Si tratta degli stati Ξ′–b and Ξ*–b, costituiti entrambi da quark b, s e d.
Grazie al fatto che i quark b sono relativamente pesanti, queste nuove particelle hanno una massa circa 6 volte quella del protone. Tale valore dipende anche da come i quark sono organizzati all'interno del sistema: nel caso dello stato Ξ′–b (M=5935 MeV/c²) gli spin dei quark s e d sono orientati in verso opposto, per lo Ξ*–b (M=5955 MeV/c²) sono allineati, dando origine a una massa leggermente superiore.
Le due particelle sono state osservate studiando il loro decadimento nello stato fondamentale Ξ0b e in un π–. Entrambe le particelle hanno una vita media brevissima che non è non rivelabile sperimentalmente, ma LHCb ha ugualmente potuto misurarne le larghezze di decadimento, determinando che tra i due stati, quello più massivo è quello anche più instabile. Nella figura si riporta la distribuzione di massa invariante che indica chiaramente i picchi dello Ξ′–b (a sinistra) a dello Ξ*–b (a destra), mentre la finestra di ingrandimento mostra la regione relativa allo stato di massa minore.
Il risultato testimonia la grande precisione con cui LHCb è capace di identificare queste particelle: l'errore sulla differenza di massa tra le due particelle è di soli 20 keV/c², pari a 3 milionesimi di quella dello Ξ0b.
La misura è un importante test del modello della cromodinamica quantistica (QCD) non-perturbativa, teoria che descrive le interazioni a bassa energia tra i quark. I teorici potranno usare queste misure come base per future estrapolazioni su altri stati.
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