L'esperimento ALICE all'LHC (Large Hadron Collider) ha misurato per la prima volta direttamente il fenomeno noto come "cono morto", consentendo ai fisici di misurare direttamente la massa di una particella fondamentale, il quark charmed.
Molte delle particelle che compongono l'universo visibile che ci circonda sono in realtà particelle costituenti costruite da particelle fondamentali meno potenti note come quark. Ad esempio, protoni e neutroni contengono tre quark ciascuno. Esistono sei diversi "sapori" di quark - up, down, up, down, strano e incantato - ciascuno con masse, spin e altre proprietà quantistiche diverse. Diverse combinazioni di quark formano particelle diverse. I quark sono tenuti insieme in queste particelle costituenti da una forza trasmessa attraverso una particella priva di massa chiamata gluone. Collettivamente, quark e gluoni sono noti come parton.
Il Large Hadron Collider del CERN vicino a Ginevra, in Svizzera, accelera i protoni con forti campi magnetici attraverso un tunnel lungo 27 km fino a un'energia di 6,8 TEV, dopodiché si scontrano tra loro. Come risultato delle collisioni, si forma una cascata di altre particelle, che a loro volta emettono o decadono in ancora più particelle, e così via lungo la cascata, che può far luce su aspetti della fisica fondamentale.
In particolare, quark e gluoni vengono creati e rilasciati in una cascata chiamata flusso di parton, dove i quark rilasciano gluoni e gli stessi gluoni possono rilasciare altri gluoni a bassa energia.
Gli scienziati che lavorano al progetto ALICE (A Large Ion Collider Experiment) hanno analizzato tre anni di dati provenienti da collisioni protone-protone per trovare prove dell'esistenza di un cono morto. Secondo la teoria della cromodinamica quantistica, o QCD, il cono morto è una regione in cui partoni di una certa massa ed energia non possono emettere gluoni. "È stato molto difficile osservare direttamente il cono morto", ha detto il portavoce di ALICE Luciano Musa in un comunicato stampa.
Parte della difficoltà è che la zona morta può essere riempita con altre particelle subatomiche create nelle collisioni protone-protone e tracciare il movimento di un partone attraverso il flusso non è facile perché cambia costantemente direzione.
Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno sviluppato un metodo mediante il quale sono stati in grado di riavvolgere le registrazioni dei flussi di parton indietro nel tempo, consentendo loro di determinare dove e quando sono stati rilasciati i sottoprodotti del flusso. In particolare, hanno cercato flussi che coinvolgono un quark charmed. Sezionandoli, gli scienziati hanno scoperto nel modello della radiazione di gluone emessa durante i flussi di parton, un'area in cui la radiazione di gluone era soppressa. Questo è un cono morto.
Il risultato è importante non solo perché conferma la profezia QCD, ma anche perché ora è possibile misurare direttamente la massa del quark charmed, che, secondo la teoria e le misurazioni indirette, è 1,275+/-25 MeV/c^2 . Secondo QCD, il cono morto è direttamente correlato alla massa del partone e le particelle prive di massa non possono formare un cono morto. La scoperta del cono morto potrebbe aprire la strada a una nuova era della fisica dei quark.
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