I fisici del CERN studiano le forti interazioni tra iperoni omega e protoni

I fisici della collaborazione ALICE (Large Ion Collider) presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN hanno sviluppato una nuova tecnica che apre le porte a studi ad alta precisione delle dinamiche di forti interazioni tra adroni instabili.

Gli adroni sono particelle composte costituite da due o tre quark legati insieme da forti interazioni prodotte dai gluoni.

Questa interazione agisce anche tra adroni, legando i nucleoni (protoni e neutroni) insieme all'interno dei nuclei atomici.

Una delle maggiori sfide nella fisica nucleare odierna è comprendere le forti interazioni tra adroni con diverse abbondanze di quark dai principi primi, cioè a partire dalla forte interazione tra i quark che compongono gli adroni e i gluoni.

I calcoli noti come cromodinamica quantistica del reticolo (QCD) possono essere utilizzati per determinare le interazioni dai principi primi, ma questi calcoli forniscono previsioni affidabili solo per adroni contenenti quark pesanti, come gli iperoni, che hanno uno o più quark strani.

In passato, queste interazioni sono state studiate facendo scontrare adroni tra loro in esperimenti di scattering, ma questi esperimenti sono difficili da eseguire con adroni instabili come gli iperoni.

Fino ad ora, questa difficoltà non ha consentito un confronto significativo delle misurazioni e della teoria delle interazioni adrone-adrone con la partecipazione degli iperoni.

I fisici della collaborazione con ALICE mostrano come un metodo basato sulla misurazione della differenza di quantità di moto tra gli adroni prodotti nelle collisioni protone-protone all'LHC possa essere utilizzato per rivelare le dinamiche di forti interazioni tra iperoni e nucleoni, potenzialmente per qualsiasi coppia di adroni.

Questo metodo è chiamato femtoscopia perché consente di esplorare scale spaziali vicine a 1 femtometro (10-15 m, un quadrilione di parte di metro), all'incirca le dimensioni di un adrone e la gamma spaziale di una forza forte.

Questo metodo in precedenza consentiva ai ricercatori di ALICE di studiare le interazioni che coinvolgono gli iperoni Lambda (Λ) e Sigma (Σ), che contengono uno strano quark più due quark leggeri, e un iperone Xi (Ξ), che consiste di due quark strani più un quark leggero.

In un nuovo studio, hanno utilizzato questa tecnica per rilevare con alta precisione le interazioni tra un protone e il più raro degli iperoni, l'iperone Omega (Ω), che contiene tre strani quark.

La definizione precisa della forte interazione per tutti i tipi di iperoni era inaspettata, dicono gli scienziati.

Ciò può essere attribuito a tre fattori: il fatto che l'LHC può produrre adroni con strani quark in abbondanza, la capacità delle tecniche di femtoscopia di indagare la natura a breve raggio delle interazioni forti e le capacità superiori del rivelatore ALICE di identificare particelle e misurare il loro momento.

I dati dei prossimi lanci di LHC dovrebbero darci accesso a qualsiasi coppia di adroni.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature.