L'esistenza di una particella esotica composta da sei particelle elementari note come quark, prevista dai ricercatori RIKEN, potrebbe approfondire la comprensione di come i quark si combinano per formare nuclei atomici.
I quark sono i mattoni fondamentali della materia. I nuclei atomici sono formati da protoni e neutroni, che a loro volta sono formati da tre quark ciascuno. Le particelle composte da tre quark sono note collettivamente come barioni.
Gli scienziati hanno a lungo pensato all'esistenza di sistemi contenenti due barioni, noti come dibarioni. In natura esiste un solo dibarione: il deuterone, un nucleo di idrogeno costituito da un protone e un neutrone, che sono collegati molto debolmente tra loro. Scorci di altri dibarioni sono stati trovati in esperimenti di fisica nucleare, ma la loro esistenza è stata molto fugace.
"Sebbene il deuterone sia l'unico dibarione stabile conosciuto, potrebbero esserci molti più dibarioni", afferma Takuya Sugiura del RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program. "È importante studiare quali coppie di barioni formano dibarioni e quali no, perché questo fornisce preziose informazioni su come i quark formano la materia".
La cromodinamica quantistica è una teoria di grande successo che descrive come i quark interagiscono tra loro. Ma il forte accoppiamento che si verifica tra i quark nei barioni complica i calcoli della cromodinamica quantistica. I calcoli diventano ancora più complessi se si considerano gli stati legati dei barioni come i dibarioni.
Ora, calcolando la forza tra due barioni, ciascuno contenente tre quark charm (c-quark, uno dei sei tipi di quark), gli scienziati hanno predetto l'esistenza di un dibarione, che hanno chiamato charm di-Omega.
Per questo calcolo, il team ha risolto la cromodinamica quantistica utilizzando calcoli numerici su larga scala. Poiché i calcoli hanno coinvolto un numero enorme di variabili, hanno utilizzato due potenti supercomputer: il computer K e il supercomputer HOKUSAI.
"Siamo stati molto fortunati ad avere accesso a supercomputer che hanno ridotto drasticamente i costi e il tempo necessari per completare i calcoli", afferma Takuya Sugiura. "Ma ci sono voluti ancora diversi anni per prevedere l'esistenza del fascino di-Omega".
Nonostante la complessità computazionale, il fascino di-Omega è il sistema più semplice per studiare le interazioni tra barioni.
I ricercatori stanno ora studiando altri adroni incantati con il supercomputer Fugaku, che è un successore più potente del K.
"Siamo particolarmente interessati alle interazioni tra altre particelle contenenti quark incantati", afferma Takuya Sugiura. "Speriamo di far luce sul mistero di come i quark si combinano per formare particelle e quali particelle potrebbero esistere".
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.
2021-12-11 21:23:00
Autore: Vitalii Babkin