Il protone è una delle particelle subatomiche che compongono il nucleo di un atomo. Per quanto piccoli siano i protoni, sono costituiti da particelle subatomiche ancora più piccole conosciute come quark, che sono disponibili in molti gusti o tipi: su, giù, affascinante, strano, vero e adorabile.
Un protone è generalmente considerato composto da due quark up e un quark down. Ma un nuovo studio mostra che le cose possono essere molto più complicate.
I protoni possono anche contenere un quark charmed, una particella elementare la cui massa supera la massa del protone stesso. Ancora più strano, quando il protone contiene un quark charmed, la particella pesante porta ancora circa la metà della massa del protone.
L'intera scoperta si riduce al mondo probabilistico della fisica quantistica. Sebbene un quark charmed sia pesante, la probabilità che si verifichi in un protone è piuttosto piccola, quindi una massa grande e una probabilità bassa sostanzialmente si annullano a vicenda.
In altre parole, la massa totale del quark charmed non viene assorbita dal protone, anche se il quark charmed è presente.
Sebbene i protoni siano al centro della struttura degli atomi che costituiscono tutta la materia, sono anche molto complessi.
I fisici non conoscono davvero la struttura fondamentale dei protoni. La fisica quantistica ritiene che oltre ai noti quark up e down, altri quark possano trasformarsi di volta in volta in protoni, afferma Stefano Forte, fisico dell'Università di Milano e autore di un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Nature.
Esistono sei tipi di quark. Tre di loro sono più pesanti dei protoni e tre sono più leggeri. Il quark charmed è il più leggero del gruppo pesante, quindi i ricercatori hanno voluto iniziare con esso per vedere se il protone potesse contenere un quark più pesante di lui. Lo hanno fatto applicando un nuovo approccio a 35 anni di dati sulle collisioni di particelle.
Per conoscere la struttura delle particelle subatomiche ed elementari, i ricercatori sbattono le particelle l'una contro l'altra a velocità incredibili ad acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider, il più grande acceleratore del mondo situato vicino a Ginevra.
Gli scienziati della collaborazione NNPDF hanno raccolto questi dati sulla distruzione delle particelle sin dagli anni '80. Osservando le tracce delle collisioni, i fisici possono ricostruire lo stato iniziale delle particelle.
Nel nuovo studio, gli scienziati hanno fornito tutti questi dati di collisione a un algoritmo di apprendimento automatico progettato per cercare modelli senza alcuna nozione preconcetta di come potrebbero apparire le strutture.
L'algoritmo ha restituito le possibili strutture e la probabilità che possano esistere effettivamente.
Lo studio ha rivelato una piccola ma non trascurabile possibilità di trovare un quark incantato, affermano gli scienziati. Il livello di evidenza non era abbastanza alto per i ricercatori per annunciare l'innegabile scoperta di un quark charmed nei protoni, dicono, ma i risultati sono la prima prova concreta che potrebbe esistere lì.
Secondo Stefano Forte, la struttura del protone è importante perché per scoprire nuove particelle elementari, i fisici dovranno trovare sottili differenze tra ciò che le teorie suggeriscono e ciò che viene effettivamente osservato. Ciò richiede misurazioni estremamente precise delle strutture subatomiche.
Per ora, i fisici hanno ancora bisogno di più dati sul fascino sfuggente all'interno del protone. Esperimenti futuri potrebbero aiutarli in questo.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
2022-08-22 16:02:41
Autore: Vitalii Babkin