02 July 2020

Tetraquark

  • Di Elisa Albanesi

La scoperta di una nuova particella esotica fatta da quattro quark apre le porte allo sviluppo di modelli teorici delle interazioni forti.

È il 2017 quando sul sito dei Laboratori nazionali di Frascati, appartenenti all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, viene pubblicato un post dal titolo Tetraquark? dedicato all’esperimento BESIII dell’acceleratore elettrone-positrone BEPCII di Pechino. Attraverso uno studio sistematico degli stati con charm in un vasto intervallo di energie, l’esperimento aveva portato alla scoperta di una serie di particelle “esotiche” (particelle cioè con una composizione non standard, e su cui ancora non esiste un’interpretazione teorica convincente) a quattro quark. A tre anni di distanza, quel punto interrogativo – per altro una curiosa ripetizione se si tiene conto che il termine “quark” è il risultato di una crasi dell’espressione question marks, usata da James Joyce nel romanzo Finnegans Wake (1939), e ripresa dal fisico Murray Gell-Mann, colui che introdusse la “via dell’ottetto”, teoria che gli valse il Nobel – appare sempre più antinomico: il primo luglio, infatti, è stato pubblicato un ulteriore studio su arXiv in cui si riportava l’osservazione di un tipo di tetraquark mai rilevato prima.

I risultati della ricerca sono il frutto della collaborazione internazionale all’esperimento Large Hadron Collider beauty (LHCb) del CERN di Ginevra, che si avvale della partecipazione di migliaia di scienziati e istituzioni. Nonostante precedenti osservazioni – nel 2014 era stata già confermata la presenza di una “strana” particella a quattro quark, mentre al 2015 risale l’osservazione del pentaquark sempre grazie all’esperimento LHCb – in questo caso ci troviamo di fronte, come comunica lo stesso Istituto nazionale di fisica nucleare, «a un importante passo avanti nella comprensione di come i quark si legano tramite interazioni nucleari forti all’interno di particelle composte, note come adroni, alla cui famiglia appartengono anche i protoni e i neutroni, costituenti dei nuclei atomici».

Il Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle situato presso il CERN di Ginevra.

Il Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle situato presso il CERN di Ginevra.

Sostanziale, in ogni caso, il contributo italiano. Lo studio, sottolinea Giacomo Graziani, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Firenze e responsabile del gruppo locale LHCb, «nasce da una collaborazione fra la Sezione INFN di Firenze e l’Università Tsinghua di Pechino, e ha avuto come protagonista una giovane ricercatrice cinese, Liupan An, che ha scelto il nostro gruppo per una specializzazione post-dottorato, grazie a una borsa di studio bandita dall'INFN». È la stessa ricercatrice a indicare le possibili direzioni future della ricerca: «Un puzzle ancora da risolvere riguarda la natura di questo tipo di particelle, in particolare se vanno intese come sistemi di quark strettamente legati tra di loro, oppure se hanno una struttura più simile a delle molecole». Saranno quindi fondamentali anche le modifiche che verranno effettuate sul rivelatore, come racconta Matteo Palutan, ricercatore INFN dei Laboratori Nazionali di Frascati e vice-responsabile internazionale di LHCb: «Il nostro rivelatore sta ora subendo un’ulteriore trasformazione che lo condurrà a raggiungere nuovi traguardi nel futuro decennio, con potenziamenti che consentiranno di acquisire una quantità di dati molto maggiore rispetto a quanto sia stato possibile fino ad ora».

Non resta che ricomporre il puzzle.

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