Un paio di quark top è stato rilevato nel detrito che si sprigiona dalla collisione di due atomi di piombo. È la prima volta che questo specifico paio di quark-antiquark viene osservato in una collisione tra due nuclei. La rilevazione rafforza l’evidenza che tutti e sei i sapori di quark esistevano all’alba dei tempi, nel plasma di quark e gluoni che si pensa abbia permeato l’Universo nei momenti successivi al Big Bang.
Il plasma di quark e gluoni è ciò che si ottiene quando i quark e i gluoni elementari, normalmente confinati all’interno di protoni e neutroni, vengono liberati dai loro vincoli e si mescolano in una “zuppa” interagente sotto condizioni estremamente energetiche. Il problema nello studiare questo stato della materia è che i quark decadono molto rapidamente, in una frazione di secondo. Il plasma di quark e gluoni emerso dopo il Big Bang è esistito solo per pochi milionesimi di secondo prima che le particelle si aggregassero per iniziare a formare la materia normale, un processo chiamato adronizzazione.
Per studiare il plasma di quark e gluoni, i fisici utilizzano collisori di particelle come il Large Hadron Collider per far scontrare particelle pesanti. Queste collisioni producono una pioggia di particelle che attraversano lo stato di plasma di quark e gluoni nel loro percorso verso la formazione della materia normale. Gli scienziati possono effettuare misurazioni dei prodotti di questo processo per sondare il plasma di quark e gluoni.
I quark top sono i più pesanti dei sei sapori di quark e rappresentano uno strumento particolarmente prezioso per studiare l’evoluzione del plasma di quark e gluoni. Tuttavia, poiché sono i più pesanti, la loro durata di vita è la più breve, solo 10-25 secondi. Questo è più breve della scala temporale di formazione degli adroni, il che significa che decadono prima che l’adronizzazione possa avvenire.
Il plasma di quark e gluoni generato nelle collisioni di ioni pesanti dura 10-23 secondi; quindi, i quark top scompaiono prima del plasma nel suo complesso, rendendoli particolarmente difficili da studiare. Spesso, le particelle che i fisici cercano non vengono rilevate direttamente, ma piuttosto vengono tracciate a ritroso dai prodotti in cui decadono, e questo è il caso della nuova ricerca.
Nel Large Hadron Collider, un team di fisici della collaborazione ATLAS ha rilevato la formazione di un paio di quark top nei loro prodotti di decadimento tramite il canale di decadimento dileptonico. In questo processo, i quark top decadono in un quark bottom e un bosone W; il bosone W poi decade in un neutrino e in un elettrone o un muone. La collaborazione ha identificato questo processo in collisioni tra atomi di piombo con una significatività statistica di 5,03 sigma, superando la soglia di cinque sigma per una rilevazione significativa.
Fonte: Science Alert
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