L’esperimento CLAS all’acceleratore CEBAF del Jefferson Laboratory, negli Stati Uniti, pubblica sulla rivista Nature una ricerca sul comportamento dei quark, i costituenti ultimi della materia, che potrebbe svelare un mistero che dura da 35 anni. Il risultato è stato ottenuto anche grazie al contributo dei ricercatori italiani dell’INFN.
Era, infatti, il 1984 quando la European Muon Collaboration (EMC) scopriva che i quark che compongono i protoni e i neutroni dei nuclei atomici si comportano in modo diverso rispetto ai quark che compongono protoni e neutroni liberi (cioè che non fanno parte di un nucleo). L’inatteso fenomeno – che gli scienziati chiamarono Effetto EMC dall’acronimo del loro esperimento – è rimasto però tutti questi anni senza una spiegazione che fosse universalmente accettata. Finalmente la nuova ricerca di CLAS potrebbe gettare luce su questo interrogativo irrisolto, con un risultato che è coerente con il modello teorico secondo cui protoni e neutroni allo stato libero si comportano in maniera differente rispetto a neutroni e protoni coinvolti in “correlazioni a corto raggio”. Come in un tango, protoni e neutroni in coppie correlate, si muovono prima sovrapponendosi brevemente per poi respingersi con forza. In questo momento di repulsione ciascuna particella è caratterizzata da un’energia molto più elevata di quella di particelle identiche non coinvolte in coppie correlate.
“Quello che pensiamo stia succedendo è che nelle coppie correlate si crei una forte sovrapposizione dei protoni e neutroni, il che dà ai quark al loro interno più spazio per muoversi e li porta a muoversi più lentamente“, sottolinea Barak Schmookler, primo autore della ricerca, un ex studente del MIT e ora postdoc a Stony-Brook.
Il risultato ottenuto da CLAS ci dice che la struttura interna dei protoni e dei neutroni si modifica quando queste particelle si aggregano formando coppie correlate“ commenta Raffaella De Vita, ricercatrice della Sezione di Genova dell’INFN e portavoce della Collaborazione CLAS.
“Uno dei più misteriosi, e tuttora solo parzialmente esplorati, territori della costituzione della materia riguarda proprio il comportamento dei quark all’interno di protoni e neutroni che possono esistere quali particelle libere oppure aggregarsi nei nuclei degli atomi,” spiega Antonio Masiero, vicepresidente dell’INFN. “Questa analisi, a cui ha significativamente collaborato un nostro gruppo di ricercatori INFN al JLab, è un passo avanti per lo studio della QCD (dinamica quantistica dei quark) a bassa energia nei sistemi nucleari,” conclude Masiero.
Al Jefferson Lab lavorano circa 70 ricercatori di 11 strutture INFN, tra Sezioni e Laboratori Nazionali, riuniti nella collaborazione JLAB12. I fisici dell’INFN ricoprono ruoli di responsabilità e coordinano la realizzazione di importanti sistemi di rivelazione a supporto di un vasto programma di ricerca nel campo della fisica nucleare e subnucleare. Il Jefferson Lab, insieme al Brookhaven Laboratory, è uno dei due siti candidati a ospitare l’Electron-Ion Collider (EIC), che a livello mondiale rappresenta il futuro progetto dedicato allo studio delle proprietà dei protoni e neutroni, fortemente sostenuto dall’INFN.
