Exotica particula Xi descoperita la Geneva

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

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

LHCb este un numele unui experiment aflat în derulare la Marele Accelerator de Particule de la Geneva (Large Hadron Collider – LHC) care are ca obiectiv principal sa studieze diferentele între materie si antimaterie, adica între comportamentul particulelor si al antiparticulelor de un anumit fel. LHCb însa 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 compuse din trei quarcuri. Quarcurile sunt particule elementare din cadrul asa-numitului model standard al fizicii particulelor elementare, care contine sase tipuri de quarcuri: up, down, charm, strange, top si bottom. Ultimul dintre acestia (top) a fost descoperit catre sfârsitul secolului trecut.

Protonii si neutronii sunt compusi din quarcuri up si down (protonul contine doua quarcuri up si unul down, iar neutronul doua quarcuri down si unul up). Quarcurile sunt legate în cadrul barionilor de catre forta nucleara tare, care are ca mediator al interactiunii asa-numitii “gluoni”, ce functioneaza ca un fel de lipici ce tine quarcurile împreuna.

Noua particula descoperita de cercetatorii de la LHCb contine doua quarcuri de tip charm si unul up. Quarcurile de tip charm sunt mult mai grele decât up si down. Xi este prima particula descoperita pâna acum care contine doua quarcuri de tip charm. Masa acestei particule este de circa 3,6 GeV, fiind de aproape patru ori mai grea decât protonul.

Forta nucleara tare nu este înca pe deplin înteleasa: stim ca quarcurile sunt “prizonieri” în barioni si ca nu exista quarcuri liberi în Univers. Se crede ca imediat dupa Big Bang toate particulele, inclusiv quarcurile, nu erau înca legate în particulele de astazi (neutroni, protoni),  ci formau un fel de plasma de quarcuri 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 în jurul celeilalte (quarcurile charm) si cu o planeta (quarcul up) care, la rândul ei, orbiteaza în jurul celor doua stele. Evident ca în lumea particulelor, unde legile mecanicii cuantice îsi spun cuvântul, aceasta imagine este doar o aproximatie, care nu are mult de-a face cu ceea ce se întâmpla în realitate.

Noua particula, Xi, este deosebit de instabila: practic se dezintegreaza în 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, în urma ciocnirii între protonii de energie foarte mare care circula acolo, ci si în urma interactiunii razelor cosmice cu nucleele atomilor din atmosfera. Protoni cu energie extrem de mare care sunt generati în exploziile supernovelor ar putea ajunge pâna la noi si da nastere inclusiv la particule Xi în atmosfera.

În prezent cercetatorii sunt pe urmele unor particule si mai exotice decât Xi: cele care contin pe lânga doi quarcuri charm un quark de tip strange, de exemplu.

Studiul acestor particule ne va ajuta sa întelegem mai bine cum gluonii reusesc sa tina quarcurile împreuna în nucleele atomilor si care este rolul interactiunii nucleare tari în Univers.

scientia.ro

Bogdan

Per aspera ad astra