Una decina di anni fa ebbi la fortuna di incontrare ad una conferenza Sheldon Glashow, premio Nobel per la Fisica nel 1979, insieme a Steven Weinberg e Abdus Salam, per l’introduzione del modello elettrodebole, una delle pietre miliari della fisica delle particelle del XX secolo. A quella conferenza presentò un contributo intitolato “Fact and Fancy in Neutrino Physics II” (già nel 1974, con altri aveva pubblicato il “Volume I”): all’epoca, stavano venendo fuori le prime evidenze che la massa del neutrino potesse essere diversa da zero e questo sembrava rivoluzionario, alla maggioranza degli scienziati. Glashow ci diede una visione tanto semplice quanto illuminante, almeno per me. Disse qualcosa come “non mi stupirò se la massa del neutrino sarà misurata e risulterà diversa da zero, anzi: mi stupirei se riuscissimo a misurarla e scoprissimo che è esattamente uguale a zero. Per essere nulla, ci dovrebbe essere una legge fisica che vieta al neutrino di avere una massa, e questa legge fisica non c’è. In natura, solo le cose esplicitamente proibite da una legge fisica non succedono, tutte le altre, magari solo sotto certe rarissime condizioni, magari solo una volta ogni mille miliardi di miliardi di anni, ma devono succedere per forza.”

Pochi giorni fa, dal CERN di Ginevra è arrivata la prima conferma di una particella con caratteristiche così uniche da essere considerata “esotica”. A questa particella è stato dato un nome abbastanza terribile, Z(4430), dai primi scopritori, i membri dell’esperimento Belle, che si svolge in Giappone. Per capire cos’ha di così esotico questa particella, dobbiamo fare un passo indietro e vedere come sono fatte tutte le altre, quelle “normali”.

Tra le particelle elementari, ce ne sono alcune soggette ad una particolare forma di interazione, detta forza nucleare forte. La forza forte tiene insieme i nuclei atomici, ad esempio: ha questo nome perché, rispetto a tutte le altre interazioni fondamentali, è enormemente più intensa. Non solo la forza forte tiene insieme neutroni e protoni, ma anche i loro componenti, i quark. La forza elettrica ha due diverse cariche, che chiamiamo positiva e negativa: due cariche uguali si respingono e due cariche uguali opposte si attraggono, con una forza che diminuisce quando le cariche si allontanano. La forza forte ha tre diverse cariche (oltre ad altre tre “anticariche”) e aumenta di intensità quando cerchiamo di allontanarle tra loro. Possiamo immaginare le tre cariche come i colori primari, Red, Green e Blue. Gli oggetti fisici non possono avere colore, devono essere “bianchi”, ovvero formati da tre oggetti, uno R, uno B e uno G, oppure da due oggetti, uno di un colore e uno del suo anticolore. Questa teoria (e tutti questi nomi fantasiosi) è dovuta al lavoro di Murray Gell-Mann, premio Nobel nel 1969. Le particelle formate da tre quark vengono chiamate barioni (protone e neutrone sono tra queste), quelle formate da un quark e da un antiquark mesoni. Se io ho a disposizione dei quark di tre colori (e degli antiquark di tre anticolori), però, posso costruire oggetti bianchi fatti di quattro elementi, due quark e due antiquark, o anche di cinque elementi, quattro quark e un antiquark o quattro antiquark e un quark.

Come quark e antiquark si possono combinare per creare oggetti "bianchi" (nel senso della QCD).

Come quark e antiquark si possono combinare per creare oggetti “bianchi” (nel senso della QCD).

A fronte di decine di barioni e mesoni, che sono stati osservati negli ultimi decenni, nessun oggetto formato da quattro o cinque quark è mai stato rivelato. D’altra parte, non è mai stata nemmeno scoperta nessuna legge fisica che possa vietare a queste particelle di esistere, per cui, ricordando le parole di Glashow, da qualche parte devono ben essere! Già tra il 2005 e il 2010 qualche timido risultato era stato pubblicato, ma nessuno era mai riuscito a misurare un numero sufficiente di particelle esotiche da misurarne le proprietà con precisione tale da convincersi di avere davvero a che fare con qualcosa di “reale”. I dati di LHCb, invece, parlano di 25000 eventi (selezionati su un campione di centottantamilamiliardi, 180000000000000, cercare aghi nei pagliai è uno scherzo, al confronto) e con 25000 eventi si riesce a vedere qualcosa di più di una piccola fluttuazione in un grafico, ma una perfetta gaussiana (i punti blu nella figura 2) dalla quale si può risalire a massa e vita media della nostra particella esotica: studiando le particelle in cui decade, sia come distribuzione nello spazio che come composizione in termini di quark, è possibile misurare altre caratteristiche, come lo spin, la carica elettrica, o, particolarmente importante in questo caso, la composizione della particella progenitrice. Per la Z(4430) sembra proprio che un quark e un antiquark non bastino e che si debba accettare, ancora una volta, che per la prima volta stiamo misurando qualcosa che non eravamo sicuri che esistesse e che, sicuramente, sarà il primo esempio di una lunga serie.

Figura 2: i dati misurati da LHCb. I punti neri rappresentano la distribuzione della massa delle particelle create nelle interazioni,  in rosso la migliore approssimazione dei dati ottenuta dopo un'analisi statistica e in blu il contributo non riconducibile a qualcosa di già conosciuto.

Figura 2: i dati misurati da LHCb. I punti neri rappresentano la distribuzione della massa delle particelle create nelle interazioni, in rosso la migliore approssimazione dei dati ottenuta dopo un’analisi statistica e in blu il contributo non riconducibile a qualcosa di già conosciuto. Immagine della collaborazione LHCb.

Non c’è nessuna legge che vieti a due quark e due antiquark di unirsi a creare una particella senza colore, e infatti, anche se è stata dura scoprirli, lo fanno.

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