Cos'è il nuovo adrone scoperto da LHCb

Si è aperta ieri a Venezia la conferenza EPS-HEP, organizzata della Società Europea di Fisica (European Physics Society, EPS) e dedicata alla fisica delle alte energie (High Energy Physics, HEP). Si tratta di una delle conferenze più importanti del settore, e quest'anno ci si aspetta che gli esperimenti di LHC presentino i nuovi risultati ottenuti analizzando tutti i dati collezionati tra il 2015 e il 2016.

Ci sono diverse cose interessanti tra i risultati presentati nei primi due giorni  (e di alcune magari parlerò più diffusamente in futuro), ma una in particolare ha avuto un'eco considerevole sulla rete e sui quotidiani italiani. "Scoperta la particella Xi: Inseguita da anni, ci aiuterà a capire cosa tiene insieme la materia", titolava per esempio oggi pomeriggio La Repubblica. Le domande di amici e parenti non si sono fatte attendere. Cos'è questa nuova particella? È importante? Rivoluziona la fisica delle particelle e la nostra comprensione del mondo?

 

La nuova particella è stata scoperta dall'esperimento LHCb. Si tratta di una misura  frutto di un lavoro lungo, delicato e di grande precisione: il  risultato è notevole, e va giustamente celebrato. Non è però, sia chiaro, una scoperta che rivoluziona la fisica delle particelle. "Scoprire una nuova particella" - come titola anche La Stampa - è purtroppo  una frase piuttosto ambigua, che può significare tanto "trovare un fenomeno inatteso che rivoluziona la comprensione del mondo, o che conferma finalmente una delle tante teorie che risolvono i buchi del  Modello Standard", quanto "trovare un nuovo stato legato di particelle elementari già note, uno stato mai visto prima, ma analogo a molti altri già conosciuti". In questo caso, la scoperta rientra nella seconda accezione.

Come è stata scoperta la nuova particella? Chi frequenta questo blog sa che  una particella instabile si ricerca selezionando, tra le collisioni tra protoni prodotte da LHC, quelle che contengono le tracce di quelle particelle in cui l'oggetto di cui si è alla ricerca si sarebbe disintegrato. Nel caso della particella \Xi^{++}_{cc}, i colleghi di LHCb hanno pertanto selezionato le collisioni che contenevano tracce di quattro particelle note, una \Lambda_c^+, due pioni \pi^+ e un K^-. Stiamo parlando di adroni, ovvero di particelle composte da due o tre quark. A partire dalle energie e dalle posizioni di queste quattro particelle, ricostruite e identificate nel rivelatore LHCb, i fisici hanno calcolato la massa di una ipotetica particella "madre", da cui i quattro adroni ricostruiti sarebbero originati. I valori della massa dell'ipotetica particella madre, sistemati in un istogramma, producono questo grafico:

La natura ha molti modi di produrre i quattro adroni selezionati da LHCb. Nella maggior parte dei casi, i quattro vengono prodotti direttamente nella collisione tra i due protoni, e non vengono dunque dalla disintegrazione di una particella madre. In questi casi, le loro energie e posizione non generano dunque un particolare valore di massa. In corrispondenza di una massa di circa 3600 MeV, i fisici di LHCb hanno però osservato un accumulo di dati che forma un picco. È il segnale di quella che i fisici chiamano una "produzione risonante": le quattro particelle non sono allora prodotte direttamente nella collisione, ma arrivano invece dalla disintegrazione di una particella intermedia più pesante, lei sì prodotta nello scontro tra i due protoni.

Perché questa nuova particella ha ricevuto un nome così complesso? Tutto dipende dalla sua composizione. Non si tratta infatti di una particella elementare, ma un nuovo adrone formato da quark. I due segni ++ ne indicano la carica elettrica (positiva come un protone, ma doppia), il pedice cc indica il fatto che contiene due quark charm. Queste informazioni sono state dedotte proprio dalle proprietà degli adroni in cui si disintegra, e dai quark che li compongono. Il decadimento può essere analizzato in termini di quark costituenti così:

 

La \Xi^{++}_{cc} è dunque un adrone composto da due quark charm e un quark up. Concettualmente assomiglia al protone, che e' formato da due quark up e un quark down, o al neutrone, che e' formato da un quark up e due quark down. La sua massa, circa 3.6 GeV, è poco meno che quattro volte quella del protone, che pesa circa 1 GeV. Questo aumento di massa è in buona parte spiegato dalla presenza dei due quark charm, che sono più pesanti di quelli up e down. Eppure stiamo comunque  parlando un una particella "leggera", perlomeno rispetto a quelle cui danno la caccia ATLAS o CMS: il bosone di Higgs, per esempio, ha una massa circa 125 volte superiore a quella del protone, mentre le particelle supersimmetriche, se mai ne dovessimo scoprire l'esistenza, peserebbero almeno un migliaio di volte più del protone.

La teoria che descrive l'interazione nucleare forte, spiegando come i quark stanno insieme negli adroni, si chiama Quanto-Cromo-Dinamica, QCD per gli amici. La QCD descrive molto bene tutte le possibili combinazioni tra i quark, anche se le sue predizioni sono molto difficili da calcolare, specie in certe condizioni, per esempio quelle che descrivono la dinamica dei quark dentro gli adroni. Il fatto che possa esistere uno stato legato di tre quark up, charm e charm non è dunque una novità incredibile: si tratta di qualcosa di previsto da tempo. La scoperta è dunque importante non tanto per la nuova particella in sé, che non cambia radicalmente la nostra visione del mondo, ma perché, studiandone le proprietà, sarà possibile verificare quanto bene siamo capaci di fare i calcoli di QCD che le predicono, ed eventualmente correggerli e migliorarli. In questo senso, scrivere su un giornale "ci aiuterà a capire cosa tiene insieme la materia" non è del tutto sbagliato, ma certo non racconta per bene tutta la storia, e potrebbe indurre molti a capire qualcosa di ben diverso.

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L'ultima estate. Ritorno: Torino, domenica 21 agosto 1994

(L'ultima estate è un esperimento di scrittura post-adolescenziale postuma, ispirato al podcast Mortified. Ho scritto questo testo tra l'estate del 1994, l'autunno del 1997 e la primavera del 1999, ma se passate il mouse sui numerelli appariranno dei box di commento scritti oggi, a più o meno 20 anni di distanza. Questa è la diciottesima e ultima puntata, il racconto inizia qui.)

San Salvario, Torino (Foto di Irene Perino da Flickr)

C’è ancora un pezzo nel diario, che ho scritto a casa mia a Torino il giorno dopo essere ritornati, cioè domenica 21 agosto, sul tavolo del tinello, [1]Tinello, che bella parola. Chi la usa ancora? con le persiane abbassate per impedire al caldo della città di cuocermi.

Mi ricordo bene perché l’ho scritto. Per consolarmi.

Già, tutti prima o poi avevano letto le pagine di questo libretto, all’inizio ghignando per i racconti delle sciocchezze, poi in silenzio, se capitava, perché quello che succedeva tra di noi era così chiaro a tutti che non c’era granché bisogno di rileggerlo sulle mie pagine.

Così, una volta a casa a fare altri progetti e dimenticandomi un attimo di dove erano andati gli altri e di quando probabilmente li avrei rivisti, mi sono messo ad aggiungere la morale della favola. Quasi bastasse a sollevarmi, quasi potesse servire a qualcuno che volesse rileggere il diario. Sicuramente per mettere nero su bianco le linee generali di quello che mi passò per la testa allora, e che era diverso da quello che passava nella testa ai più, e che io non condividevo e sceglievo per me un’altra strada.

Come per dissociarmi, in fondo.

In questo viaggio ho imparato che la coerenza costa fatica, ma è una cosa a cui non è possibile, né giusto, rinunciare. Lo stesso vale per l’allegria. I problemi sono grossi solo in funzione di quanto noi li vogliamo così; [2]Magari le cose fossero così semplici, e bastasse sempre e soltanto la pura forza di volontà per risollevarsi. Ero giovane e ingenuo e presuntuoso e sereno, nel 1994. La vita sarebbe presto passata a insegnarmi la lezione. e alle persone spesso credo che faccia piacere fare dei propri problemi i problemi di tutti. Ma io invece penso che sono tante le cose belle per cui vale la pena alzarsi , ed essere magari un po’ scemo ma felice. [3]"Che nostalgia che ho per me, e per te" (cit.) Il mondo è pieno di persone che per noi restano oggetti o qualifiche finché non regaliamo loro un po’ di tempo e di attenzione, e ne vale la spesa!

O sono io che valgo la spesa? Chi vuole spendere qualche cosa per me? E poi chissà se è veramente così semplice leggere la realtà?

Poi sono venuti il dolore e la fatica, poi di nuovo la gioia, e credo che sarà così ancora per un po’. Oggi sono una persona diversa, e così tutti gli altri. Magari un po’ più disincantato, certo ancora ottimista, spero meno stupido.

Finale tragicomico... [4]Per non smentirsi, perché evidentemente i miei vent'anni vivevano di questo connubio di leggerezza - spesso forzata - e di gravitas - esercitata troppo sovente come una dovere.

A domani la sua pena, dice il saggio, ma oggi sappiamo godere del tempo che ci è dato... e (per non smentirsi) non dimentichiamo neanche i nomi delle dita dei piedi: [5]Quella dei nomi delle dita dei piedi era una mania di quei mesi. Cercando in giro oggi, ho trovato la stessa lista, ma niente che la confermi come qualcosa di più di una leggenda metropolitana.

  • alluce
  • illico
  • trillice
  • pondolo
  • minolo

(e qui c’è addirittura un disegno di un piede con i nomi – finti – delle dita...)

Alla prossima occasione! [6]Segue una preghiera per i compagni di viaggio, da bravo monaco itinerante e militante quale ero. Forse è ridicola e naif, o forse è semplicemente sincera, e quella di oggi è invece invidia per quella semplicità robusta che solo a quell'età si può tentare di avere. Che il Signore protegga tutti i compagni di viaggio e gli amici che ho incontrato, e anche tutti gli altri.

Torino, 21/08/94 Marco.

(fine) [7]Non ci dovete rimproverare / se vana e sciocca sembrò la storia, / ne andrà dissolta ogni memoria, / come di nebbia se il sole appare. (cit.)

Note   [ + ]

1. Tinello, che bella parola. Chi la usa ancora?
2. Magari le cose fossero così semplici, e bastasse sempre e soltanto la pura forza di volontà per risollevarsi. Ero giovane e ingenuo e presuntuoso e sereno, nel 1994. La vita sarebbe presto passata a insegnarmi la lezione.
3. "Che nostalgia che ho per me, e per te" (cit.)
4. Per non smentirsi, perché evidentemente i miei vent'anni vivevano di questo connubio di leggerezza - spesso forzata - e di gravitas - esercitata troppo sovente come una dovere.
5. Quella dei nomi delle dita dei piedi era una mania di quei mesi. Cercando in giro oggi, ho trovato la stessa lista, ma niente che la confermi come qualcosa di più di una leggenda metropolitana.
6. Segue una preghiera per i compagni di viaggio, da bravo monaco itinerante e militante quale ero. Forse è ridicola e naif, o forse è semplicemente sincera, e quella di oggi è invece invidia per quella semplicità robusta che solo a quell'età si può tentare di avere.
7. Non ci dovete rimproverare / se vana e sciocca sembrò la storia, / ne andrà dissolta ogni memoria, / come di nebbia se il sole appare. (cit.)
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L'ultima estate. Toscana, sabato 20 agosto 1994

(L'ultima estate è un esperimento di scrittura post-adolescenziale postuma, ispirato al podcast Mortified. Ho scritto questo testo tra l'estate del 1994, l'autunno del 1997 e la primavera del 1999, ma se passate il mouse sui numerelli appariranno dei box di commento scritti oggi, a più o meno 20 anni di distanza. Questa è la diciassettesima puntata, il racconto inizia qui.)

Basketball hoop (foto di Eric Wong da Flickr)

Il campeggio dove abbiamo dormito si chiama in realtà “Campo dei Fiori”: questi sono gli effetti dello scrivere a tarda notte prima di andare a dormire. Dopo aver smontato le tende ci rechiamo in massa a Castiglioncello, casa di Flip. La tribù dei Flip [1]Flip ha un fratello minore, Puck, e una sorella maggiore di cui non si è parlato in questo racconto. è detentrice di un maniero di 400 stanze [2]Una grande villa, insomma. in riva al mare, dotato dei più moderni comfort, [3]Rispetto alla tenda a cui sono abituato. Ha persino dei bagni con la porta, e dei letti! e dove possono essere praticati tutti gli sport olimpici ufficialmente riconosciuti. [4]Inclusa la pelota basca, escluso il curling.

Facciamo il bagno prima di mangiare (alcuni per questo rantolano...) in un mare alquanto bizzarro: la “spiaggia” è di roccia lavica (vulcano “poggiopelato”) “forgiata” dal mare in forma aguzza. Un terrazzino piatto e coperto di “muschio” marino è lambito da due dita d’acqua, poi di colpo cade a strapiombo. Si passa da 2 cm a 4 m di profondità con un passo!

A pranzo gustiamo, in un bar del luogo detto “I Pungenti”, le tipiche schiacciatine (= focacce basse tagliate e farcite). Nella siesta i più si riposano o chiacchierano approfittando dei locali spaziosi della villa, mentre Puck [5]Il fratello minore di Flip, all'epoca in vacanza con i genitori. Ne avevo già parlato. ed io ci esibiamo in plastici tiri a canestro davanti ai garage. [6]All'epoca avevo smesso di giocare a basket con continuità da poco, e ancora praticavo a tempo perso. Non sono mai stat un drago, ma me la cavavo.

In seguito avrei ricordato questo momento come quello di massima alienazione delle vacanze. I giochi erano fatti, le rabbie fuoriuscite e tutte le parole da dire dette. [7]Tranne, mi pare evidente, da parte mia, ancora in piena fase di sopportazione e martirio. Ognuno si teneva il posto che si era conquistato o ritagliato in queste ultime due settimane. Il mio evidentemente era con Puck a giocare a basket. [8]Ecco

Dopo un altro bagno viene l’ora della partenza, questa volta definitiva: si torna a Torino. La mia abilità e fama di pilota è ormai alle stelle, così guido io (... ovviamente la Punto di Tecla...).

Propongo un mezzo progetto di andare a mangiare a Finale Ligure da Sonia; [9]Sonia è mia sorella minore, che all'epoca lavorava in una pensione di Finale. Visto il ruolo marginassimo nel racconto, la sua identità sarà lasciata in chiaro. l’idea sfagiola tutti, ma (peccato) la stanchezza e l’ora tarda a cui giungiamo a Genova spingono i più a rinunciare. Devo così supplire alle trenette al pesto e al sognato fritto misto in un Autogrill con un panino al prosciutto e dei biscotti.

La realtà è che la fine della vacanza è talmente vicina che nessuno vede il motivo o prova il desiderio di prolungarla ancora. Nessun altro momento di convivialità, in fondo, potrebbe attirare ancora qualcuno di noi.

Il viaggio di ritorno è piacevole: Tecla dorme, ed io guido e chiacchiero con Cassandra di affidamento dei minori [10]Vengo da una famiglia adottiva e affidataria, e ho una certa esperienza - teorica e pratica - di accoglienza di minori in difficoltà. All'epoca in molti ci confrontavamo anche con l'idea - per i più squisitamente teorica - di aprire una possibile futura famiglia a un'esperienza del genere. e amenità varie.

Ecco, su questa stupida autostrada buia mi sento finalmente di nuovo sereno. La sensazione è proprio di intimità, uno spazio vuoto e delicato da riempire con quello che voglio e che ho dentro da tirare fuori. Anche Cassandra sembra essersi accorta di questo, e a volte si gira a guardarmi quasi stupita. Come se fosse strano poter parlare di qualcosa che ci interessa, e non degli altri, o come se semplicemente per la prima volta da giorni mi vedesse di nuovo, e si stupisse del fatto che sia piacevole stare insieme con me.

Verso le 11:30 [11]Le 23:30 ci infiliamo in Corso Unità d’Italia: siamo a casa. Con la certezza che si arriva sempre per ripartire, [12]All'epoca scrivendo questa frase avevo certamente in testa la Canzone per Francesco di Roberto Vecchioni, che ink un certo verso canta che "si parte per vedersi ritornare". e che ogni fine è in realtà un inizio, me ne vado a nanna nel mio lettino. Sempre nomadi! [13]Augusto Daoglio era morto da meno di due anni.

(continua)

Note   [ + ]

1. Flip ha un fratello minore, Puck, e una sorella maggiore di cui non si è parlato in questo racconto.
2. Una grande villa, insomma.
3. Rispetto alla tenda a cui sono abituato. Ha persino dei bagni con la porta, e dei letti!
4. Inclusa la pelota basca, escluso il curling.
5. Il fratello minore di Flip, all'epoca in vacanza con i genitori. Ne avevo già parlato.
6. All'epoca avevo smesso di giocare a basket con continuità da poco, e ancora praticavo a tempo perso. Non sono mai stat un drago, ma me la cavavo.
7. Tranne, mi pare evidente, da parte mia, ancora in piena fase di sopportazione e martirio.
8. Ecco
9. Sonia è mia sorella minore, che all'epoca lavorava in una pensione di Finale. Visto il ruolo marginassimo nel racconto, la sua identità sarà lasciata in chiaro.
10. Vengo da una famiglia adottiva e affidataria, e ho una certa esperienza - teorica e pratica - di accoglienza di minori in difficoltà. All'epoca in molti ci confrontavamo anche con l'idea - per i più squisitamente teorica - di aprire una possibile futura famiglia a un'esperienza del genere.
11. Le 23:30
12. All'epoca scrivendo questa frase avevo certamente in testa la Canzone per Francesco di Roberto Vecchioni, che ink un certo verso canta che "si parte per vedersi ritornare".
13. Augusto Daoglio era morto da meno di due anni.
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Il valore pratico della scienza

Stamattina sono stato ospite a Millevoci, una trasmissione della Radio Svizzera Italiana condotta da Nicola Colotti. Si è parlato di utilità pratica della scienza, e di che senso possa avere volerne a tutti i costi cercare una, specie per decidere se una certa ricerca abbia valore e debba essere perseguita. Insieme al conduttore e al sottoscritto c'erano Nicolas Cretton, docente di fisica al Liceo e membro del comitato di divulgazione di ESO, e Piero Martinoli, anche lui fisico, ed ex-rettore dell’USI.

Come la penso a proposito l'ho già abbondantemente scritto in passato, ma una ripassata non fa male. In particolare, penso che sia importante smettere di dipingere il "grande pubblico" come un gregge di pecoroni, per cui solo un ritorno pratico immediato, chiaro e definito in partenza, garantirebbe il valore di un investimento nella ricerca. Credo che in generale le persone siamo molto meno grette di così, e capiscano il valore della costruzione della conoscenza in sé molto più di quanto non si creda. Se vi interessa, la trasmissione si può riascoltare qui.

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Breaking Lab

A fine febbraio sono stato un paio di giorni a Milano, per la discussione della tesi di dottorato di uno degli studenti che ho seguito negli ultimi anni. Ne avevo già parlato qui, siccome in quell'occasione avevo anche tenuto un seminario su tema del "Comunicare la fisica ai tempi dei social?", proprio nella stessa università dove anch'io ho studiato per il mio PhD e dove ho avuto il mio primo contratto post-dottorato.

In quei giorni milanesi è anche successo che Lorenzo, un altro fisico-e-divulgatore conosciuto qualche anno fa a una scuola di comunicazione della scienza, mi intervistasse per Breaking Lab, un programma radiofonico di scienza che va in onda su Radio Statale, la radio dell'omonima università milanese. Siamo finiti a parlare di fisica delle particelle, di quello che cerchiamo oggi al CERN con LHC dopo aver trovato il bosone di Higgs, e di una certo numero di questioni connesse. Ne è venuta fuori una chiacchierata che, chissà, potrebbe forse interessare anche ai lettori di Borborigmi. Buon ascolto, qui sotto o su MixCloud.

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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