Trovata una nuova forma di materia, ha 5 quark

Scoperta una nuova forma di materia. Si tratta di Theta+ ed e' una particella costituita da cinque quark, cercata invano per circa trent'anni. E' una particella del tutto inedita; tutte le altre particelle note composte da quark ne contano al massimo tre. I ricercatori erano sulle sue tracce da piu' di trent'anni, ma lei, riferisce l'Infn, ''era sempre riuscita a sfuggire ad ogni appuntamento''.

Negli ultimi mesi pero', racconta l'ente di ricerca guidato da Enzo Iarocci, ''e' stata osservata in laboratori sparsi un po' in tutto il pianeta, dal Giappone alla Russia, dagli Stati Uniti alla Germania e in questi ultimi tre Paesi, in particolare, le e' stata data la caccia con gli esperimenti Diana, Clas ed Hermes, tutti svolti con la partecipazione dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare''.

''Prima della comparsa di Theta+ -spiega Paola Ferretti Dalpiaz, responsabile del gruppo di ricerca dell'Infn di Ferrara coinvolto nell'esperimento Hermes ad Amburgo- 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 -spiega ancora la studiosa- e' 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+ -continua la Ferretti- e' invece formata da cinque quark, in particolare da due quark up, due quark down e un antiquark strange''. ''La sua esistenza -sottolinea la ricercatrice- non e' 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''.

Cosi', dopo essere a lungo sfuggita alla caccia, l'elusiva particella ha pero' 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 e' risultata pari a circa 1.540 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 pero' essere considerate ancora solo indizi, non sufficienti a parlare di una vera scoperta, ma tali da creare fermento e curiosita' nella comunita' 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 gia' gli esperimenti giapponese e russo, anche Clas non e' focalizzato sulla ricerca del pentaquark, bensi' sullo studio di stati instabili di protoni e neutroni. Ma, a differenza degli altri, e' 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 e' 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-Sanita'. Anche Hermes non era focalizzato sulla ricerca del pentaquark, ma principalmente su studi riguardanti la struttura a quark e gluoni di protoni e neutroni.

''Cio' che e' stato osservato in quattro diversi laboratori -afferma l'Infn- sembra essere a tutti gli effetti una nuova forma di materia. Ora occorre svolgere esperimenti focalizzati esattamente sullo studio delle proprieta' del pentaquark. Un progetto di ricerca ad altissima priorita' e' gia' stato approvato lo scorso mese al Jefferson Lab e diverra' operativo in tempi molto brevi.

E per il futuro? ''Il Modello Standard -risponde l'Infn- 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''.

''E' un po' come se -conclude l'Ente di ricerca- in una lontana foresta tropicale scoprissimo un luogo abitato da grossi animali con piu' teste, o con una combinazione di arti mai vista. Si tratterebbe di un ecosistema tutto da esplorare e denso di sorprese''.