Il quark scapolo

Fermate le rotative: a Fermilab è stato osservato per la prima volta un quark top scapolo! Qui il resto del comunicato stampa.

Fermilab collider experiments discover rare single top quark

Batavia, Ill.—Scientists of the CDF and DZero collaborations at the Department of Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory have observed particle collisions that produce single top quarks. The discovery of the single top confirms important parameters of particle physics, including the total number of quarks, and has significance for the ongoing search for the Higgs particle at Fermilab’s Tevatron, currently the world’s most powerful operating particle accelerator.

Il prof. Sentimento Cuorcontento parla abbastanza di rado di fisica delle alte energie (il suo hobby), ci sono già tanti altri blog che ne parlano e qui abbiamo faccende più importanti come i morsi dei cani o la ricetta del tacchino. Ma a Fermilab ci ho abitato più di un anno, e questa notizia mi piaceva, quindi ve la racconto; prima però il modello standard della fisica delle particelle in meno di cinquecento parole (vediamo se ce la faccio).

Certamente saprete che la materia ordinaria è fatta di adroni e leptoni. Per fare praticamente tutto quello che serve ad una vita normale (le salsicce, la birra, l’iPod, il nebbiolo, le Alpi, la mozzarella di bufala eccetera) sarebbero bastati un leptone, l’elettrone, e due adroni, il protone e il neutrone. A quanto pare però il Padreterno era in vena e ha tirato fuori dal cappello altri due leptoni e un fottìo di adroni extra (alcuni così strani che li chiamiamo, pensate, strani). Per complicare ulteriormente le cose, per ognuno dei tre leptoni ha inventato un corrispondente neutrino, e ha rifilato a quasi tutti una antiparticella, di carica opposta. Se una particella cozza con l’antiparticella, ad esempio un protone con un antiprotone, bang! Botto, come nel Codice da Vinci. Incidentalmente, questo sembrerebbe suggerire di tenere accuratamente separati il pasto e l’antipasto, ma in questo caso apparentemente non si applica. Se già sei più sei leptoni sono tanti, gli adroni son peggio dei coleotteri: sul catalogo sono arrivato a contarne duecento poi mi sono stufato. Finiti i nomi relativamente sensati come “neutrone” o “protone”, hanno cominciato a comparire robe tipo la “Geipsài”, la coppia “Kappalungo” e “Kappacorto”, la “Unopiuno” e il “Bisabèss”. Era tempo di far qualcosa, e finalmente ecco l’idea giusta (generalmente attribuita a Murray Gell-Mann, ma era nell’aria da un po’ e ci hanno lavorato in tanti): gli adroni sono così tanti semplicemente perché sono fatti di quark, messi assieme in vario modo.

Con giusto un paio di quark si fanno protoni, neutroni e un bel po’ di altre cose più esotiche, ma per non farsi mancare nulla viene fuori che ce ne sono sei, tutti con (indovinate?) il relativo antiquark. Il bello è che ci sono sei (tre più tre) quark e sei (tre più tre) leptoni, e si possono organizzare in una tabellina bella ordinata come quella che vedete qui accanto.

Le particelle interagiscono tra di loro in due modi: l’interazione forte e quella debole (bisognerebbe dire elettrodebole, ma oggi siamo approssimativi e cialtroneschi). La prima è chiaramente di destra e conservatrice, bigotta e ligia ai regolamenti: rispetta rigorosamente le noiosissime simmetrie C e P, per dirne una, anche se spesso parcheggia l’Hummer in doppia fila. Tiene addirittura i poveri quark confinati negli adroni, pensate. La seconda invece viene dalla sinistra extraparlamentare e radicale, forse addirittura dai centri sociali: è insofferente alle regole di comportamento, se ne infischia delle simmetrie, non ha rispetto neanche per CP e fa ogni genere di cose provocatorie come trasformare un mesone che andava benissimo così com’era come il K⁰ in due versioni, una “lunga” e una “corta”. L'hanno anche beccata a scrivere sui muri con lo spray. Ah, e la forza forte è più forte della forza debole (ma no!) di un fattore tipo 10¹³; ogni confronto con la situazione politica in Italia è quantomeno sconsigliato.

Ouff. 470 parole. Ce l’ho fatta (lo so che mancano dei pezzi, tipo l’Higgs, ma accontentatevi).
Dovete a questo punto sapere che quando il prof. Sentimento Cuorcontento si è laureato, nel lontano 1995, era stato da poco osservato a Fermilab l’ultimo quark che ancora mancava all’appello, il top. La tabellina dei quark era completa, e per quella dei leptoni mancava solo il neutrino tau (poi trovato nel 2000). Appena arrivato a Fermilab, il prof. S. C. si era comprato la maglietta commemorativa della scoperta, che vedete riprodotta nella foto scemissima qui accanto.
In quell’occasione il quark era prodotto dalle poco fantasiose interazioni forti che, riconoscendo solo la famiglia monogamica eterosessuale tradizionale, lo producono sempre e solo in coppia con il relativo antiquark. I due esperimenti di Fermilab annunciano invece che hanno osservato un fenomeno molto più raro (per questo ci hanno messo ancora quattordici anni): i quark top prodotti attraverso interazioni elettrodeboli, promiscue e dedite ad ogni sorta di nefandezze, che quindi si accompagnano indecorosamente a degli anti-bottom.

T. Aaltonen et al. (The CDF Collaboration) “First Observation of Electroweak Single Top Quark Production”. FERMILAB-PUB-09-059-E (2009), submitted to Phys. Rev. Lett. arXiv:0903.0885v1

V. M. Abazov et al. (The D0 Collaboration) “Observation of Single Top Quark Production” FERMILAB-PUB-09-056-E (2009), submitted to Phys. Rev. Lett. arXiv:0903.0850v1

Se cercate una discussione più tecnica, ne parla Tommaso Dorigo qui. Intanto speriamo che facciano la maglietta: adesso il grafico dell’event display è a colori.