Scoperta rivoluzionaria: i ricercatori trovano il toponio all'LHC!

Scoperta rivoluzionaria: i ricercatori trovano il toponio all'LHC!

I ricercatori del Università di Amburgo e DESY hanno fatto progressi rivoluzionari nella fisica delle particelle trovando prove dell'esistenza della particella toponio. Il toponio nasce da uno stato legato tra un quark top e la sua antiparticella, il quark anti-top. Questa scoperta potrebbe fornire nuove informazioni cruciali sulla struttura fondamentale di tutta la materia.

Il progresso è stato reso possibile dai segnali ottenuti in due esperimenti Grande collisore di adroni (LHC) del CERN sono stati identificati. Il quark top, la particella elementare più pesante conosciuta, decade in meno di un quadrilionesimo di secondo, sottolineando quello che era considerato un presupposto estremamente impegnativo per osservare gli stati legati. Finora si pensava che un simile stato non potesse essere rilevato con l’antiparticella, ma nuovi dati stanno scuotendo questa opinione.

Scoperta negli esperimenti

La scoperta del toponio è stata fatta indipendentemente negli esperimenti CMS e ATLAS presso l'LHC. Secondo i ricercatori è stata misurata una maggiore quantità di quark top con bassa energia cinetica, che consentono la formazione del toponio. Le prime indicazioni sulla presenza di toponio erano già presenti nell'esperimento CMS del 2016, che è stato rafforzato con ulteriori dati del 2017 e del 2018. ATLAS è stata in grado di confermare la connessione utilizzando i propri dati, il che sottolinea ulteriormente la rilevanza dei risultati.

Laurids Jeppe, dottorando presso l'Università di Amburgo, sottolinea che la precisione raggiunta nella misurazione di processi rari è notevole. I risultati ottenuti sono stati presentati alla Conferenza di Fisica delle Alte Energie della Società Europea di Fisica.

Inoltre, le analisi dell’esperimento CMS rivelano una proprietà inaspettata nel comportamento dei quark top. Questa osservazione suggerisce che i quark top formano brevemente uno “stato quasi legato” con le loro antiparticelle, chiamato toponio. Questa scoperta non solo è sorprendente, ma potrebbe anche prefigurare nuove particelle che mettono alla prova i limiti dell’attuale Modello Standard della fisica delle particelle.

Misure e loro significato

L’esperimento CMS ha rilevato che la sezione d’urto di produzione per l’eccesso di coppie quark-antiquark top è di 8,8 picobarn (pb), con un’incertezza di 1,3 pb, raggiungendo un livello di confidenza “cinque sigma”. La collaborazione ATLAS ha scoperto che gli stessi effetti sono stati confermati nei dati complessivi dell’LHC Run-2, misurando la sezione d’urto di produzione a 9,0±1,3 pb ed escludendo modelli significativi che ignorano la formazione di uno stato quasi-legato.

Un modello esplicativo alternativo potrebbe implicare l’esistenza di una nuova particella con una massa vicina al doppio della massa del quark top. Tuttavia, per interpretare in modo definitivo il fenomeno, è necessaria una modellazione precisa del comportamento dei quark e dei gluoni nelle collisioni ad alta energia.

La scoperta di Toponio non solo amplierebbe la comprensione di Quarkonia, ma indirizzerebbe anche il panorama della ricerca verso nuovi modi di studiare l’interazione forte. Queste formazioni di accoppiamenti quark-antiquark pesanti rappresentano già le precedenti scoperte del charmoniano e del bottomoniano negli anni '70, e si prevede che la terza fase in corso dell'LHC fornirà dati aggiuntivi per esplorare ulteriormente le interazioni quark-antiquark top.