mayo 23, 2022

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I fisici hanno osservato una rara particella di tipo X dall’inizio dell’universo

Un tubo blu e grigio che trasporta protoni accelerati in un tunnel al CERN in Svizzera.

Passaggio del Large Hadron Collider al CERN, Svizzera, nel febbraio 2020.
Foto: VALENTIN FLAURAUD / AFP (Getty Images)

I ricercatori del Large Hadron Collider dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) in Svizzera lo hanno scoperto di recente Una particella rara e in via di estinzione che credono esistesse nell’universo primordiale. La particella – attualmente chiamata particella X, perché nessuno sa esattamente cosa sia – è stata prodotta dalla collisione di miliardi di ioni pesanti all’interno del famoso acceleratore di particelle.

Il team con CMS Collaboration, che raccoglie i dati dal file compresso Muon Solenoid di LHC, ha distrutto atomi di piombo pesanti a temperature di circa 5,5 trilioni di gradi Celsius (9,9 trilioni di gradi Fahrenheit). Risultati di squadra pubblicato In lettere di revisione fisiche.

I fisici ipotizzano che nei primi istanti dell’universo dopo il Big Bang, la materia fosse un plasma di quark e gluoni subatomici stipati insieme in una zuppa surriscaldata. (Solo quando il plasma si è raffreddato diversi microsecondi dopo il Big Bang si sono formati i familiari protoni e neutroni, aprendo la strada a forme di materia più massicce.) Ma prima che la materia si raffreddasse, alcuni di questi quark e gluoni si scontrano, formando particelle più misteriose, che i fisici chiamano particelle X.

Le particelle X sono rare oggi perché l’universo non è né troppo denso né troppo caldo, ma come Krishna Rajagopal, un fisico delle particelle del MIT non affiliato alle ultime ricerche, Ha detto nel 2010: «Se sei interessato alle proprietà dell’universo vecchio di microsecondi, il modo migliore per studiarlo non è costruire un telescopio, ma piuttosto un acceleratore.»

Il team è stato in grado di identificare 100 particelle X di una certa massa, chiamata X (3872), che sono sopravvissute per circa un sei milionesimo di secondo prima di decadere. X (3872) è stato trovato per la prima volta nel 2003 di bella collaborazione Cercando i dossi, che è quando i ricercatori identificano una quantità inaspettata di massa o energia nel loro sistema.

«X (3872) è un animale esotico», ha detto in una e-mail a Gizmodo Patrick Koppenburg, fisico dell’Istituto nazionale olandese di fisica subatomica e membro del team LHCb del CERN. «Ero a Belle quando è stato scoperto, e ricordo che fissavamo il piccolo bernoccolo senza capire cosa stesse succedendo».

L'immagine sfocata mostra il magnete cilindrico utilizzato nella parte centrale del Large Hadron Collider.

Nucleo magnetico del piccolo magnete Muon Solenoid del Large Hadron Collider nel marzo 2007.
Foto: Fabrice Cofferini/AFP (Getty Images)

L’anno scorso, il team di Koppenberg a LHCb ha scoperto un nuovo tipo di tetraquark. Come X (3872), quel tetraquark ha avuto una vita transitoria, forse poco più di un quinto di milionesimo di secondo. Sebbene altre particelle esotiche appaiano e scompaiano nell’LHC, X (3872) è la prima particella X ad essere rilevata nel plasma di quark-gluoni lì generato.

Il team dietro il nuovo studio è stato in grado di simulare le condizioni dell’universo primordiale accelerando 13 miliardi di ioni. Quando le particelle si sono scontrate, hanno prodotto migliaia di particelle cariche di breve durata. Yin Ji Lee, a È possibile che ci siano altre particelle X nei dati recenti, ma i ricercatori non avevano un buon modo per toglierle dal rumore di fondo, ha detto a Gizmodo il fisico del MIT e coautore della nuova ricerca.

Lee ha scritto in un’e-mail: «La prima potenza pesante in ‘Run 3’ inizia alla fine di quest’anno e speriamo di raccogliere più dati con le collisioni principali in Run 3 e Run 4. Con un set di dati molto più ampio, noi sarà in grado di determinare quanto migliorare la produzione di X nella zuppa di quark e ottenere maggiori informazioni sulla sua struttura interna».

L’identità di X (3872) rimane incerta. Il team pensa che la particella potrebbe essere un tipo di particella mesonica debolmente legata (chiamate due particelle subatomiche I mesoni sono legati alla forza forte) o tetraquark, un tipo di adrone formato da quattro quark ammassati insieme. «Finora, le particelle mesoniche non sono state osservate in modo definitivo e X (3872) è un buon candidato», ha affermato Jing Wang, fisico del MIT che ha condotto l’analisi dei nuovi dati.e In una e-mail a Gizmodo. «Se X (3872) risulta essere una particella mesoniana, mostriamo che nell’universo primordiale devono esserci stati diversi tipi di particelle mesoniche oltre agli adroni regolari».

««Più ho guardato i dati, più mi sono convinto che X sia una sovrapposizione di una molecola e uno stato di Charmonium», ha detto Koppenberg. Descrizione di un’idea Come indicato dalla sovrapposizione: «La nostra mente non riesce a rappresentare queste cose… Non esiste una cosa come questa o quella nella meccanica quantistica. Se non riesci a distinguere tra due cose, allora la verità deve essere simultaneamente.»

Forse le prossime corse dell’LHC risolveranno finalmente l’identità di X (3872). Certo, allora sarà Ha un vero nome e non sarà più considerata una particella X.

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