LHCb scopre una nuova “affascinante” particella in collisioni protone-protone

Pubblicato Venerdì, 14 Luglio 2017

Durante la Conferenza Internazionale della Società Europea di Fisica (European Physical Society Conference on High Energy Physics, EPS-HEP 2017), tenutasi a Venezia dal 5 al 12 Luglio, la Collaborazione LHCb ha presentato i risultati della prima osservazione di una nuova particella, chiamata Ξ_cc⁺⁺. Questa particella è un barione (particella composta da tre quark), con carica elettrica doppia, contenente un quark up e due quark charm ed è analoga al barione neutro Ξ⁰, scoperto già da tempo e composto da un quark up e da due quark strange. Il barione Ξ_cc⁺⁺ è stato scoperto mediante l’osservazione dei suoi prodotti di decadimento: il barione Λ_c⁺ e tre mesoni leggeri, K^-, p⁺ e n⁺. L’immagine qui a fianco mostra l’evoluzione, in funzione del tempo di acquisizione dati, dello spettro di massa invariante ottenuto combinando le informazioni cinematiche dei prodotti di decadimento della Ξ_cc⁺⁺, Λ_c⁺ K^-p⁺ p⁺, ricostruiti utilizzando i dati acquisiti da LHCb nel 2016 e corrispondenti ad una luminosità integrata pari a 1.7 fb^-1.

La presenza di un picco nello spettro di massa invariante dimostra l’esistenza di un nuovo stato, la Ξ_cc⁺⁺, con un valore di massa invariante pari a 3621 MeV/c². L’ulteriore analisi degli eventi di segnale, ha permesso di dimostrare che la Ξ_cc⁺⁺ vola una distanza significativamente diversa da zero prima di decadere. Questo permette di concludere che il nuovo stato osservato è incompatibile con una particella che decade mediante la forza forte, ma è in accordo con l’ipotesi di una particella il cui decadimento è mediato dall’interazione debole.

La scoperta della Ξ_cc⁺⁺ permette di esplorare un nuovo settore della fisica delle particelle elementari, invitando i ricercatori ad analizzare i dati di LHCb nella speranza di osservare altri barioni teoricamente previsti, contenenti due quark charm, collegati alla Ξ_cc⁺⁺ e non ancora osservati. Inoltre questa scoperta invita anche a cercare nuovi adroni contenti per esempio due quark ancora più pesanti del quark charm, il quark beauty, o adroni contenenti una combinazione di quark charm e beauty. Misurare le proprietà di questa nuova famiglia di particelle permetterà di realizzare verifiche precise della teoria delle interazioni forti (QCD) ed aumentare la conoscenza in un settore fondamentale della fisica delle particelle elementari.

Per ulteriori informazioni si veda la presentazione ad EPS-HEP, la pubblicazione di LHCb e il seminario tenutosi al CERN.

Contatto presso la Sezione INFN di Bologna:
Vincenzo Vagnoni: Vincenzo Vagnoni