Ciò che ci circonda appare immutabile e concreto. Oggetti, organismi viventi, atmosfera: ogni cosa sembra resistente e definita. Eppure, quando si penetra oltre l’apparenza visibile, nel regno delle componenti elementari, quella certezza rivela tutta la sua precarietà. È proprio in questo dominio microscopico che il CERN di Ginevra ha rilevato un nuovo costituente della materia denominato Xi-cc-plus, un elemento estremamente raro che arricchisce la nostra conoscenza sulla natura intima dell’universo.
L’identificazione proviene dal Large Hadron Collider, la più imponente macchina acceleratrice attualmente operativa. Al suo interno, protoni accelerati a velocità prossime a quella della luce collidono violentemente, producendo una cascata di particelle secondarie. Tra questi prodotti effimeri è emersa anche la Xi-cc-plus.
All’interno del colossale collisore svizzero
Il Large Hadron Collider consiste in un tunnel circolare sotterraneo che si estende per 27 chilometri, progettato per indagare i livelli più fondamentali della realtà fisica. Quando le particelle collidono a energie elevatissime, l’energia cinetica si converte in nuove forme di materia, ricreando condizioni simili a quelle dei primi istanti dopo il Big Bang. In questo ambiente estremo si manifestano entità instabili che persistono solo per intervalli temporali brevissimi prima di decadere.
La Xi-cc-plus è stata rilevata esattamente in questo modo, attraverso l’analisi dei prodotti di decadimento generati dalle collisioni. Gli scienziati non osservano direttamente questa particella, ma ne deducono l’esistenza studiando le tracce che lascia quando si disintegra. Si tratta di un’operazione che richiede estrema accuratezza, basata su rilevamenti, analisi statistiche e ricostruzioni computazionali.
A consentire questo risultato è stato LHCb, uno dei rivelatori del CERN, recentemente potenziato per aumentare la capacità di elaborare volumi massicci di informazioni. Proprio grazie a questo miglioramento tecnologico, la particella è stata isolata con sicurezza statistica.
La Xi-cc-plus ricorda un protone, ma incorpora costituenti più massicci
Per comprendere la peculiarità di questo barione, conviene partire da un riferimento familiare: il protone. Questo componente essenziale del nucleo atomico è formato da tre quark più elementari: due di tipo “up” e uno di tipo “down”.
La Xi-cc-plus conserva questa configurazione triadica, ma sostituisce due componenti cruciali. Invece dei quark “up” ospita due quark charm, significativamente più pesanti. Questa composizione la rende circa quattro volte più massiccia rispetto a un protone ordinario.
La sua durata è estremamente limitata, inferiore a un milionesimo di milionesimo di secondo. Immediatamente dopo si trasforma in particelle più stabili e leggere. Nonostante questa esistenza fugace, la Xi-cc-plus riveste grande rilevanza scientifica poiché consente di approfondire la comprensione della forza nucleare forte, l’interazione che mantiene coesi i quark e, per estensione, garantisce la stabilità della materia atomica.
Questa identificazione completa inoltre un puzzle avviato nel 2017, quando venne osservata una particella analoga, la Xi-cc-plus-plus. La nuova entità era stata anticipata dai modelli teorici, ma necessitava di verifica empirica. Adesso quella predizione ha ottenuto conferma sperimentale.
Ogni nuovo costituente subatomico identificato al CERN non produce applicazioni pratiche immediate, tuttavia chiarisce i meccanismi fondamentali dell’universo a scala microscopica. E quando si comprende meglio ciò che mantiene coesa la materia, si espande anche la possibilità di interpretare fenomeni che, precedentemente, rimanevano solo congetture teoriche.
Fonte: CERN