A section of the LHC By alpinethread - Flickr, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4538468

Una scoperta che apre inimmaginabili orizzonti per la ricerca

La particella Xi: un sistema planetario in miniatura
di Riccardo Liberati

La notizia rimbalza da giorni sulle testate giornalistiche di tutto il mondo: a Ginevra, nell’acceleratore di particelle più grande, costoso e sofisticato del mondo, l’LHC (Large Hadron Collider), è stata scoperta una nuova particella elementare: la Xicc o semplicemente Xi.
Dopo il bosone di Higgs, l’LHC ci regala un nuovo pezzetto di materia su cui far ragionare i teorici per i prossimi anni.
In realtà tutti erano convinti che quest’oggetto dovesse esistere, ma fino ad ora nessuno lo aveva trovato.
La ragione è che non si disponeva di un acceleratore in grado di raggiungere energie sufficientemente elevate e per produrre la Xi sono necessari circa 13 mila miliardi di elettronvolt, cioè l’energia acquisita da un elettrone sottoposto ad una differenza di potenziale di 13 mila miliardi di volt.
Ma che cos’è la Xi?
Iniziamo da lontano. Un certo Democrito, circa 25 secoli fa ad Atene, ipotizzò che la materia potesse essere costituita da atomi, parola che in greco antico significa indivisibile.
Democrito era una persona molto perspicace, ma gli mancavano gli strumenti matematici e sperimentali per trasformare la sua intuizione in un modello sperimentalmente verificato.
Parecchi secoli più tardi, un certo Rutherford, scoprì che Democrito aveva ragione, ma soltanto in parte: l’atomo esisteva, ma non era indivisibile, bensì composto da elementi ancora più piccoli: gli elettroni ed il nucleo. Ciò che tiene insieme gli elettroni al nucleo è la forza di attrazione elettrica o come si dice in gergo, interazione elettromagnetica: per intenderci quella che fa si che due cariche opposte si attraggono.
Ora, poiché il nucleo ha una carica positiva e gli elettroni ne hanno una negativa, questi ultimi sono costretti a girargli intorno, come i pianeti intorno al sole.
Quello che si scoprì in seguito è che anche il nucleo in realtà è formato da elementi ancora più semplici: protoni e neutroni, i primi con una carica positiva e i secondi privi di carica. Qui però sorge un problema: se cariche uguali si respingono, come fanno i protoni a restare uniti nel nucleo?
Era necessario ipotizzare un nuovo tipo di forza, la cosiddetta interazione forte.
Ma non tutte le particelle sono soggette a questa forza.
Come nel caso dell’interazione elettromagnetica in cui una particella può ‘sentirla’ soltanto se possiede una carica, nel caso dell’interazione forte soltanto le particelle che posseggono un certo tipo di proprietà la possono ‘sentire’.
Questo tipo di particelle sono chiamate adroni, dal greco ‘Adros’ che significa forte.
Nel 1964, due teorici statunitensi, Murray Gell-Mann e George Zweig ipotizzarono che protoni, neutroni e in generale gli adroni, fossero costituiti da particelle ancora più elementari: i quark. Di quark, all’inizio se ne ipotizzarono due: ‘up’ e ‘down’.
Un protone è ad esempio costituito da due quark up e uno down, mentre un neutrone da due down ed uno up. Tutte le particelle composte da tre quark si chiamano barioni, dal greco ‘baris’ che significa pesante.
I costituenti del nucleo atomico tuttavia, non sono gli unici adroni e barioni conosciuti.
Con la scoperta di nuovi metodi di accelerazione delle particelle elementari, ne sono stati scoperti altri. Per spiegare certe proprietà di alcuni adroni ‘esotici’ sono stati introdotti altri tipi di quark: top, bottom, strange, charm.
Ora, la peculiarità della particella Xi è di essere un barione costituito da due quark ‘pesanti’, il charm ed uno ‘leggero’ l’up.
Si tratta di una sorta di anomalia poiché fino ad ora erano state osservate particelle contenenti al massimo un quark pesante. Da un punto di vista classico e cioè mettendo da parte le complesse equazioni delle cromo-dinamica quantistica che spiegano il funzionamento di un tale gruppo di quark, possiamo immaginare la Xi come un sistema planetario costituito da una stella doppia e da un pianeta che ruota intorno a questa coppia di stelle. Il fatto è che questo microscopico sistema dura davvero poco. La Xi è molto timida: si lascia guardare soltanto per millesimo di miliardesimo di secondo dopo la sua formazione, poi sparisce trasformandosi in altre particelle.
A che serve questa nuova scoperta? Molti si sono sbizzarriti a immaginare nuove potentissime armi in cui alla povera Xi sarebbe affidato il ruolo di distruggere la razza umana e possibilmente l’intero pianeta. In realtà, a parte queste esilaranti trovate degne di fumetti dei super eroi, la Xi non serve assolutamente a niente, tranne forse a farci capire ancora meglio come funziona questo immenso e perfetto giocattolo chiamato universo.

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