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.

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(via ScienceNews)

Un nuovo barione neutro al Fermilab

In origine (la fine degli anni Sessanta del XX secolo) lo zoo delle particelle⁽¹⁾ è un modo colloquiale per descrivere la lunga lista di particelle elementari, un serraglio cui solo il Modello Standard è riuscito a mettere ordine. Con la sua accettazione, infatti l'MS è stato in grado di identificare tre famiglie fondamentali di particelle le cui interazioni una con l'altra consentono di spiegare la creazione delle particelle non elementari, riducendo gli ingredienti fondamentali a 16 particelle suddivise in leptoni, quark (che insieme costituiscono i fermioni, particelle con spin semi-intero) e bosoni (le particelle a spin intero che mediano l'interazione consentendo lo scambio dei numeri quantici):

(Commons)

Possiamo classificare le particelle anche in una serie di sottofamiglie, come ad esempio quella dei barioni, particelle pesanti costituite da tre quark: ad esempio protonee neutrone sono barioni con composizione interna rispettivamente di uud e udd, dove u è il quark up e d quello down.
Conosciamo sei tipi di quark: up (u) e down (d), già incontrati e che spiegano protoni e neutroni, e quindi charm (c), strange (s), top (t) e bottom (b) che spiegano le altre particelle pesanti in base a una serie di combinazioni tra i quark stessi che possono essere visualizzate in grafici come il seguente:

(sorgente)

Nella parte superiore ci sono le particelle con momento angolare $J = 1/2$ mentre in quella inferiore quelle con momento angolare $J = 3/4$. Oggi ci concentriamo sul gruppo con $J = 1/2$, in particolare sull'ultima scoperta di CDF, una delle collaborazioni del Tevatron presso il Fermilab, infatti non tutte le particelle predette dall'MS sono state trovate, e la caccia è ancora aperta.
Il 20 luglio, Pat Lukens ha annunciato la prima osservazione di $\Xi_b^0$, un barione con la struttura usb:

Per poter rilevare questo nuovo barione, i ricercatori del Tevatron devono ricostruire i seguenti canali di decadimento: