A volte le scoperte migliori arrivano quando non le cerchi
Sapete quella sensazione quando andate al supermercato per comprare il latte e tornate a casa con la spesa piena di cose che non avevate previsto? Ecco, i fisici del Thomas Jefferson National Accelerator Facility hanno appena vissuto l'equivalente in fisica delle particelle.
Questi scienziati erano alla ricerca di una particella esotica ben precisa: la Y(2175), un personaggio misterioso che tiene incerto il mondo della ricerca dal 2006. Quello che hanno trovato, invece, sono state due strutture nuove che nessuno si aspettava. E onestamente? Potrebbe essere persino più interessante di quello che cercavano.
"Cercavamo un candidato XYZ confermato con un fascio di fotoni, ma abbiamo trovato altre due strutture," ha spiegato Malte Albrecht, ricercatore del Jefferson Lab. "È un'informazione nuova."
Ora, non so voi, ma "informazione nuova" in fisica di solito significa "abbiamo appena aperto una porta verso qualcosa di straordinario."
Ma cosa sono questi stati XYZ?
Qui le cose si fanno davvero curiose. Probabilmente ricordate dalle superiori che gli atomi sono fatti di protoni, neutroni ed elettroni. E che protoni e neutroni sono composti da particelle ancora più piccole chiamate quark. Semplice, no?
Beh, tenetevi forte, perché l'universo ha deciso di essere più complicato di così.
Alcune particelle semplicemente non rientrano nella storia che credevamo di conoscere. Sono gli stati XYZ — un'intera famiglia di particelle subatomiche che sembrano seguire regole tutte loro. Non sono le coppie quark-antiquark tipiche (dette mesoni). Non sono nemmeno le combinazioni standard di tre quark (come protoni e neutroni). Sembra proprio che siano qualcosa di completamente diverso.
Forse sono particelle "ibride" con gluoni eccitati (che sono le particelle che tengono insieme i quark). Forse sono "tetraquark" — configurazioni di quattro quark che sembrano uscite dalla fantascienza. O forse sono qualcosa che non abbiamo ancora nemmeno immaginato.
"Uno dei miei collaboratori ha fatto un paragone con gli anni Cinquanta," ha raccontato Frank Nerling, fisico coinvolto nel progetto. "Allora i ricercatori scoprirono improvvisamente un intero 'zoo' di particelle. Adesso stiamo vedendo qualcosa di simile — uno zoo di questi stati esotici."
Il mistero della Y(2175)
Parliamo della Y(2175) in particolare. Individuata per la prima volta nel 2006 dall'esperimento BaBar allo SLAC, questa particella ha lasciato perplessi gli scienziati per quasi vent'anni.
Cosa la rende così strana? Per cominciare, vive nella "zona dello strangeonio" — fondamentalmente il quartiere delle particelle che contengono quark strange. Ma la Y(2175) si comporta un po'... in modo anomalo. Le sue proprietà quantistiche non combaciano con quello che ci aspetteremmo da una normale coppia quark-antiquark.
Il problema? Ogni volta che gli scienziati l'hanno trovata, hanno usato lo stesso metodo: far scontrare elettroni e positroni (le loro controparti di antimateria). È come se trovassimo un certo uccello solo in una foresta specifica — cominciamo a chiederci se forse ci stiamo perdendo il fatto che potrebbe vivere anche altrove.
Questo è cambiato con l'esperimento GlueX al Jefferson Lab.
Un modo diverso di guardare
Ecco cosa rende davvero interessante questa nuova scoperta: i ricercatori hanno usato un fascio di fotoni contro un bersaglio di protoni. Da confrontare con le collisioni elettrone-positrone che fino ad ora erano l'unico modo per individuare la Y(2175).
Pensatela così: immaginate di aver sempre trovato quadrifogli solo nei prati assolati. Poi qualcuno decide di controllare il sottobosco ombreggiato e trova non solo più quadrifogli, ma due tipi completamente nuovi di trifoglio che nessuno sapeva esistessero.
È praticamente quello che è successo qui.
"Siamo in una nuova era," ha osservato Nerling. E ha ragione — dopo decenni in cui il Modello Standard ci ha dato risposte abbastanza chiare sul comportamento delle particelle, improvvisamente ci ritroviamo pieni di particelle esotiche che non vogliono saperne di entrare nelle nostre categorie ordinate.
Perché dovrebbe interessarvi?
Domanda legittima. La maggior parte di noi non è un fisico delle particelle, e le probabilità che questo influenzi la vostra giornata di martedì sono piuttosto basse.
Ma ecco perché conta: stiamo fondamentalmente imparando di più su come funziona la realtà al suo livello più basilare. La forza nucleare forte — una delle quattro forze fondamentali della natura — è quella che tiene insieme i quark per formare tutto ciò che vediamo. Questi stati XYZ esotici sono essenzialmente la forza forte che si fa vedere, creando strutture inaspettate.
Ogni volta che scopriamo qualcosa che mette alla prova i nostri modelli, dobbiamo chiederci: la nostra comprensione è incompleta? O l'universo è più creativo di quanto gli abbiamo dato credito?
Guardando questi risultati? Io scommetto sulla creatività dell'universo.
La caccia continua
Allora, cosa succede adesso? I ricercatori dovranno confermare queste due nuove strutture e capire esattamente cosa sono. Sono ibridi? Tetraquark? Qualcosa di completamente diverso?
La buona notizia è che avere più metodi di rilevamento (fasci di fotoni e collisioni elettrone-positrone) significa che gli scienziati possono confrontare i dati e costruire un quadro più completo. È come avere più testimoni dello stesso evento misterioso — più prospettive ci sono, più la storia diventa chiara.
E onestamente? Adoro il fatto che questi fisici si siano imbattuti in qualcosa di inaspettato. La scienza raramente segue una linea retta dalla domanda alla risposta. Le scoperte migliori arrivano spesso quando tieni gli occhi aperti e l'universo ti sorprende.
Malte Albrecht l'ha detto perfettamente: "È un'informazione nuova."
Informazione nuova, appunto. E in un campo dove veniamo costantemente ricordati di quanto ancora non capiamo, sembra un bel punto da cui cominciare.
Fonte: ScienceDaily