CERN Accelerating science

Questo aggiornamento multimediale fa parte di una serie relativa alla Large Hadron Collider Physics conference 2020, che si terrà dal 25 al 30 maggio 2020. Originariamente previsto per aver luogo a Parigi, la conferenza si terrà interamente online a causa della pandemia di COVID-19.

ALICE, CMS e LHCb collaborazioni al CERN presentare le nuove misure, che mostrano come, affascinato particelle particelle contenenti quark charm – può servire come “messaggeri” di due forme di materia fatta di quark e gluoni: adroni, che compongono la maggior parte della materia visibile nell’attuale universo; e il quark–gluon plasma, che è pensato per essere esistito nell’universo primordiale e può essere ricreato in collisioni di ioni pesanti presso il Large Hadron Collider (LHC). Studiando le particelle incantate, i fisici possono imparare di più sugli adroni, in cui i quark sono legati dai gluoni, così come il plasma quark–gluone, in cui quark e gluoni non sono confinati all’interno degli adroni.

I risultati principali sono:

Il team di LHCb ha ottenuto le misurazioni più precise di due proprietà di una particella nota come xc1(3872), un adrone contenente quark di fascino. La particella è stata scoperta nel 2003 e non è ancora chiaro se si tratti di un adrone a due quark, di un adrone più esotico come un tetraquark-un sistema di quattro quark strettamente legati insieme – o di una coppia di particelle a due quark debolmente legate in una struttura simile a una molecola. Definire la natura di questo adrone potrebbe estendere la comprensione dei fisici di come i quark si legano agli adroni. “I nostri risultati sono coerenti con xc1(3872) essendo una coppia di particelle a due quark liberamente legate insieme, ma non esclude completamente l’ipotesi del tetraquark o altre possibilità”, afferma il portavoce di LHCb Giovanni Passaleva.

La collaborazione CMS ha osservato per la prima volta la trasformazione, o “decadimento”, di un’altra particella, chiamata B0s, nella stessa particella xc1(3872). I ricercatori hanno confrontato questo decadimento con il decadimento precedentemente osservato del mesone B+, che aveva portato alla prima rilevazione del xc1(3872) nel 2003. Entrambi i tipi di decadimento collegano il comportamento di questo adrone ai quark up e strani. “Le differenze misurate nei tassi di decadimento sono intriganti e potrebbero fornire ulteriori informazioni sulla natura dell’xc1(3872), che non è ancora stata completamente stabilita”, afferma il portavoce del CMS Roberto Carlin.

La collaborazione ALICE misurava il cosiddetto flusso ellittico di adroni contenenti quark di fascino, in collisioni di ioni pesanti. Gli adroni vengono creati durante le collisioni che creano anche un plasma di quark-gluoni. Gli adroni contenenti quark pesanti, come il quark charm, sono eccellenti” messaggeri ” del plasma quark–gluone, il che significa che portano informazioni importanti su di esso. “Il modello osservato da ALICE indica che i quark di fascino pesanti vengono trascinati dall’espansione del plasma di quark–gluoni”, afferma Luciano Musa, portavoce di ALICE.

Guardando al futuro, le collaborazioni LHC mirano a effettuare misurazioni più precise di questi messaggeri del mondo dei quark utilizzando i dati della prossima esecuzione di LHC, che beneficeranno di set-up di esperimenti in gran parte aggiornati.

Leggi di più sotto per una descrizione completa di questi risultati.

Charm quark results related to hadrons

Le collaborazioni LHCb e CMS descrivono i risultati dei loro studi su un adrone noto come xc1(3872). La particella è stata scoperta nel 2003 dall’esperimento Belle in Giappone, ma non è chiaro se si tratti di un adrone a due quark, di un adrone più esotico come un tetraquark-un sistema di quattro quark strettamente legati insieme – o di una coppia di particelle a due quark debolmente legate in una struttura simile a una molecola.

Definire la natura di xc1(3872) potrebbe estendere la comprensione dei fisici di come i quark si legano agli adroni. I nuovi studi delle collaborazioni CMS e LHCb gettano nuova luce – ma non rivelano ancora completamente-sulla natura di questa particella.

Utilizzando sofisticate tecniche di analisi e due diversi set di dati, il team di LHCb ha ottenuto le misurazioni più precise della massa della particella e ha determinato per la prima volta e con un significato di oltre cinque deviazioni standard la “larghezza” della particella, un parametro che determina la durata della particella.

Fino ad ora i ricercatori erano stati in grado di ottenere solo limiti superiori ai valori consentiti di questo parametro. I ricercatori LHCb hanno rilevato particelle xc1(3872) nei loro set di dati utilizzando la classica tecnica di caccia “bump”di ricerca di un eccesso (l’urto) di eventi di collisione su uno sfondo liscio. Ogni set di dati ha portato a una misurazione della massa e della larghezza, e i risultati di entrambi i set di dati sono d’accordo tra loro.

“I nostri risultati non sono solo i più precisi, ma mostrano anche che la massa di xc1(3872) è notevolmente vicina alla somma delle masse dei mesoni incantati D0 e D*0”, afferma il portavoce della LHCb Giovanni Passaleva. “Questo è coerente con xc1(3872) essendo una coppia di particelle a due quark liberamente legate insieme, ma non esclude completamente l’ipotesi del tetraquark o altre possibilità.”

Nel frattempo, analizzando un ampio set di dati registrato nel corso di tre anni, la collaborazione CMS ha osservato per la prima volta la trasformazione, o” decadimento”, della particella B0s nel mesone xc1(3872) e a ϕ. Questa particella a due quark, B0s, è un parente del mesone B+, nel cui decadimento l’esperimento Belle ha rilevato per la prima volta xc1(3872). Come il team LHCb, il team CMS ha rilevato xc1 (3872) usando la tecnica bump.

“Il nostro risultato è particolarmente interessante perché abbiamo scoperto che la velocità con cui il B0s decade nell’adrone xc1(3872) e nel mesone ϕ è simile a quella del B0 in xc1(3872) e di un mesone anti-K0, mentre è circa il doppio di quella del decadimento B+ precedentemente osservato in xc1(3872) e nel mesone K+”, afferma il portavoce del CMS Roberto Carlin. “In questi decadimenti, diversi quark, diversi dai quark di fondo, giocano un ruolo”, spiega Carlin. “Il fatto che i tassi di decadimento non seguano uno schema ovvio può far luce sulla natura di xc1(3872).”

Charm quark results related to the quark–gluon plasma

All’altra estremità dello spettro di legame dei quark, la collaborazione ALICE ha misurato il cosiddetto flusso ellittico di adroni contenenti un quark charm, legato a un quark leggero (formando un mesone D) o a un anticharm (facendo un mesone J/ψ) in collisioni con ioni pesanti. Gli adroni contenenti quark pesanti, charm o bottom, sono eccellenti messaggeri del plasma quark-gluone formato in queste collisioni. Sono prodotti nelle fasi iniziali delle collisioni, prima dell’emergere del plasma, e quindi interagiscono con i costituenti del plasma durante tutta la sua evoluzione, dalla sua rapida espansione al suo raffreddamento e alla sua eventuale trasformazione in adroni.

Quando i nuclei pesanti non si scontrano frontalmente, il plasma è allungato e la sua espansione porta ad una modulazione ellittica dominante della distribuzione del momento degli adroni, o flusso. Il team di ALICE ha scoperto che, a basso momento, il flusso ellittico dei mesoni D non è grande come quello dei pioni, che contengono solo quark leggeri, mentre il flusso ellittico dei mesoni J/ψ è inferiore a entrambi ma distintamente osservato.

“Questo schema indica che i quark charm pesanti sono trascinati dall’espansione del plasma quark–gluone”, afferma il portavoce di ALICE Luciano Musa, “ma probabilmente in misura minore rispetto ai quark leggeri, e che sia i mesoni D che J/ψ a basso momento sono in parte formati dal legame, o ricombinazione, dei quark fluenti.”

un’Altra misurazione eseguita da ALICE team del flusso di elettroni provenienti da decadimenti degli adroni B, contenenti un quark bottom – bottom quark sono anche sensibili alla forma allungata del quark–gluon plasma. Le particelle di Upsilon, che sono costituite da un quark bottom e dal suo antiquark, al contrario di un charm e anticharm come il J/ψ, non mostrano un flusso significativo, probabilmente a causa della loro massa molto più grande e del piccolo numero di quark bottom disponibili per la ricombinazione.

Per saperne di più sui siti web CMS e LHCb:

• https://cms.cern/news/discreet-charm-x3872
• https://lhcb-public.web.cern.ch/ Benvenuto.html#X(3872)2020

articoli Originali:

• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.14518
• CMS: https://arxiv.org/abs/2005.04764
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13422
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13419