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martedì 25 novembre 2014

In breve: la cascata dei barioni

In maniera semplice si può parlare di meccanica quantistica nel momento in cui si descrivono le proprietà delle particelle utilizzando i numeri interi. Fatti quei primi passi all'inizio del XX secolo, come fisici abbiamo descritto le particelle utilizzando i così detti numeri quantici in grande abbondanza: la loro scoperta era sempre legata alla scoperta di nuovi decadimenti che non potevano essere altrimenti spiegati senza violare la conservazione di un qualche numero quantico precedentemente noto. Uno dei numeri quantici più evocativi (e forse per qualcuno anche tra i più romantici!) è il colore, utilizzato per descrivere i quark, e da cui deriva il nome del modello che descrive le interazioni tra queste particelle elementari: la cromodinamica quantistica (QCD).
La cornice teorica della QCD(1, 2) ha permesso di predire tutta una serie di barioni, le particelle costituite da tre quark (come protoni e neutroni), tra cui spiccano i barioni Xi, detti anche particelle cascata a causa della loro instabilità, che li porta a decadere rapidamente attraverso una catena (cascata) di decadimenti successivi. A livello di costituenti interni, essi si presentano come un quark up o un quark down e due quark di massa superiore (strange, charm e bottom). La teoria prevede l'esistenza di una ventina di $\Xi$, dalla cui lista mancano al momento 4 barioni: la prima di queste particelle venne scoperta all'interno dei raggi cosmici nel 1952(3) (quindi prima che venisse formulata la teoria della cromodinamica quantistica), mentre la prima scoperta in laboratorio è del 1959(4). Gli ultimi tre barioni della famiglia ad essere stati scoperti, hanno, invece, lasciato traccia all'interno dei rivelatori dell'LHC, in particolare in CMS nel 2012(5) e di recente in LHCb(6): questa nuova scoperta, se confermata, porterebbe l'ennesimo punto a favore del modello standard e, per traslato, alla generazione di fisici teorici che hanno contribuito a costruirlo.
(via ScienceNews)
(1) Gell-Mann, M. (1964). A schematic model of baryons and mesons Physics Letters, 8 (3), 214-215 DOI: 10.1016/S0031-9163(64)92001-3 (pdf)
(2) G. Zweig, An SU(3) model for strong interaction symmetry and its breaking, CERNTH-412 (pdf)
(3) Armenteros, R., Barker, K., Butler, C., Cachon, A., & York, C. (1952). The properties of charged V-particles. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science: Series 7, 43(341), 597-611.
(4) Alvarez L., Eberhard P., Good M., Graziano W., Ticho H. & Wojcicki S. (1959). Neutral Cascade Hyperon Event, Physical Review Letters, 2 (5) 215-219. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.2.215
(5) Chatrchyan, S. et al (CMS Collaboration) (2012). Observation of a New $\Xi_b$ baryon Physical Review Letters, 108 (25) DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.252002 (arXiv)
(6) LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, A. Affolder, Z. Ajaltouni, S. Akar, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander & S. Ali (2014). Observation of two new $Ξ_b^-$ baryon resonances, arXiv: 1411.4849v1
L'immagine, riferita all'articolo:
Barnes V., Connolly P., Crennell D., W. Delaney, W. Fowler, P. Hagerty, E. Hart, N. Horwitz, P. Hough & J. Jensen & (1964). Observation of a Hyperon with Strangeness Minus Three, Physical Review Letters, 12 (8) 204-206. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.12.204 (pdf)
è tratta da HyperPhysics

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