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I ricercatori l’attendevano da più di trent’anni, ma lei era sempre riuscita a sfuggire ad ogni appuntamento. Negli ultimi mesi però è stata osservata in laboratori sparsi un po’ in tutto il pianeta, dal Giappone, alla Russia, agli Stati Uniti, alla Germania (in questi ultimi tre Paesi in particolare negli esperimenti Diana, Clas ed Hermes, tutti svolti con la partecipazione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare,
Infn). Il suo nome è Theta+: ed è una particella del tutto inedita, formata da cinque quark, mentre tutte le altre particelle note composte da quark ne contano al massimo tre.
“Prima della comparsa di Theta+ tutte le particelle composte da quark osservate fino ad oggi appartenevano alla categoria dei barioni (come i protoni e i neutroni), formati da tre quark, o dei mesoni, costituiti da un quark e da un antiquark (l’antiquark è una particella di antimateria del tutto identica alla corrispondente particella di materia ma dotata di alcune caratteristiche opposte, come la carica elettrica). La particella Theta+ è invece formata da cinque quark, in particolare da due quark up, due quark down e un antiquark
strange. La sua esistenza non è esclusa dal Modello Standard, la teoria che oggi descrive con successo le particelle che formano la materia e le loro interazioni: per questa ragione i fisici da tempo si aspettavano di vederla comparire nei loro esperimenti, ma finora tutte le ricerche erano state vane”, spiega Paola Ferretti
Dalpiaz, responsabile del gruppo di ricerca dell’Infn di Ferrara coinvolto nell’esperimento Hermes ad Amburgo.
Dopo essere a lungo sfuggita alla caccia, l’elusiva particella ha però lasciato le sue prime tracce lo scorso anno, presso l’esperimento Leps (Laser Electron Photon a Spring 8) in corso ad Osaka, in Giappone. La sua energia è risultata pari a circa 1540 milioni di elettronvolt, corrispondente a una massa pari a 1,6 volte quella del protone. L’annuncio ha spinto i ricercatori dell’Istituto per la Fisica Teorica e Sperimentale
(Itep), a Mosca, ad analizzare nuovamente e alla luce delle nuove informazioni una serie di dati raccolti oltre 10 anni fa dall’esperimento Diana, nel quale sono coinvolti anche fisici dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’Infn. Ed ecco la nuova sorpresa: proprio quei dati sembravano confermare il risultato giapponese. Le osservazioni giapponesi e russe potevano però essere considerate ancora solo indizi, non sufficienti a parlare di una vera scoperta ma tali da creare fermento e curiosità nella comunità scientifica.
Per cercare una nuova conferma, a partire da marzo di quest’anno sono stati nuovamente studiati i dati presi nel 1999, al Jefferson Lab, negli Stati Uniti, nell’ambito dell’esperimento
Clas, nel quale sono coinvolti ricercatori dell’Infn dei Laboratori Nazionali di Frascati e della sezione di Genova. Come già gli esperimenti giapponese e russo, anche Clas non è focalizzato sulla ricerca del
pentaquark, bensì sullo studio di stati instabili di protoni e neutroni. Ma a differenza degli altri è in grado di mettere in evidenza tutte le particelle prodotte nella collisione, tra le quali il
pentaquark. Ancora una volta dall’analisi dei dati emerge l’osservazione di
Theta+: un fortunato effetto collaterale inizialmente non cercato. L’osservazione viene comunicata il 30 giugno.
Infine l’ultima conferma è stata annunciata il 2 luglio dai laboratori Desy ad Amburgo, in Germania. I dati questa volta sono quelli prodotti dall’esperimento Hermes, al quale partecipano ricercatori dell’Infn, in particolare dei Laboratori Nazionali di Frascati, delle sezioni di Ferrara e Bari e di
Roma-Sanità. Anche Hermes non era focalizzato sulla ricerca del pentaquark, ma principalmente su studi riguardanti la struttura a quark e gluoni di protoni e neutroni.
Ciò che è stato osservato in quattro diversi laboratori sembra essere a tutti gli effetti una nuova forma di materia. Ora occorre svolgere esperimenti focalizzati esattamente sullo studio delle proprietà del pentaquark. Un progetto di ricerca ad altissima priorità è già stato approvato lo scorso mese al Jefferson Lab e diverrà operativo in tempi molto brevi.
E per il futuro? Il Modello Standard prevede altre forme esotiche di materia: particelle formate da sei quark, particelle costituite da quark e gluoni (particelle elementari che tengono legati i quark all’interno di protoni e neutroni) o anche
glueballs, formati unicamente da gluoni.
È un po’ come se in una lontana foresta tropicale scoprissimo un luogo abitato da grossi animali con più teste o con una combinazione di arti mai vista: si tratterebbe di un ecosistema tutto da esplorare e denso di sorprese.
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