Gli scienziati dell’Institute of Mathematical Science (IMSc) e del Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) hanno recentemente fatto una scoperta che potrebbe ridefinire la nostra comprensione della fisica delle particelle subatomiche. Pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, il loro studio introduce un nuovo tetraquark, composto da quark di bellezza e fascino, aprendo nuove frontiere nella nostra comprensione della Cromodinamica Quantistica (QCD) e delle interazioni di forza forte.
La forza forte e il mondo degli Adroni
La forza forte è una delle quattro forze fondamentali della natura, responsabile della coesione dei nuclei atomici e della generazione della maggior parte della massa della materia visibile nell’universo. Questa forza agisce tra particelle fondamentali chiamate quark, che si combinano tramite lo scambio di particelle mediatrici, i gluoni, per formare particelle subatomiche composite note come adroni. La teoria che descrive queste interazioni è la Cromodinamica Quantistica (QCD), che consente la formazione di combinazioni di quark di colore neutro.
Gli adroni sono tradizionalmente suddivisi in due categorie principali: i mesoni, composti da un quark e un antiquark, e i barioni, costituiti da tre quark. Tuttavia, esistono anche adroni esotici, che includono combinazioni più complesse come tetraquark (quattro quark) e pentaquark (cinque quark).
Adroni Esotici
Fino a tempi relativamente recenti, gli adroni esotici erano un territorio inesplorato per la fisica delle particelle. Tuttavia, negli ultimi quindici anni, numerose scoperte sperimentali hanno rivelato l’esistenza di questi stati particolari, offrendo una nuova prospettiva sulla forza forte e sulle particelle subatomiche.
I tetraquark, composti da due quark e due antiquark, sono una delle forme più intriganti di adroni esotici. Possono esistere in forme altamente compatte o come molecole debolmente legate di due mesoni. Nonostante le osservazioni, la loro struttura precisa rimane ancora un mistero, e si prevede che molti altri tetraquark verranno scoperti in futuro grazie agli studi teorici che ne prevedono il contenuto di quark e i possibili intervalli di energia.
La scoperta del Tetraquark Bellezza-Fascino
In questo recente lavoro, il Prof. Nilmani Mathur e la Dott.ssa Archana Radhakrishnan del Dipartimento di Fisica Teorica del TIFR, insieme al Dott. M. Padmanath dell’IMSc, hanno predetto l’esistenza di un nuovo tetraquark composto da un quark bellezza e un quark fascino, insieme a due antiquark leggeri. Questa nuova particella, appartenente alla famiglia dei tetraquark bello-affascinanti (T_bc), è stata studiata utilizzando la struttura computazionale dell’Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI).
Utilizzando tecniche variazionali su varie spaziature reticolari e masse di quark leggeri di valenza, gli scienziati hanno studiato gli autovalori energetici dei sistemi mesonici interagenti all’interno di volumi finiti. I risultati indicano l’esistenza di questo nuovo tetraquark, che potrebbe aprire la strada alla scoperta di altri tetraquark con lo stesso contenuto di quark ma con spin e parità diversi.
Implicazioni della scoperta
Questa scoperta arriva in un momento particolarmente interessante, poiché coincide con la recente scoperta di un altro tetraquark (T_cc) contenente due quark fascino e due antiquark leggeri. Questo suggerisce che la nuova particella prevista potrebbe essere scoperta utilizzando metodologie sperimentali simili, dato che le tecnologie per la produzione e il rilevamento di queste particelle stanno diventando sempre più avanzate.
Inoltre, l’energia di legame della nuova particella prevista supera quella di qualsiasi tetraquark scoperto finora, suggerendo dinamiche intricate delle interazioni forti attraverso diversi regimi di massa dei quark. Questo chiarisce le caratteristiche della forza forte nella formazione degli adroni, in particolare quelli con quark pesanti, e motiva ulteriormente la ricerca di particelle subatomiche esotiche più pesanti negli esperimenti futuri.
