Observation of and Threshold Enhancements in the System
Utilizzando un ampio campione di eventi raccolti dal rivelatore BESIII, i ricercatori hanno osservato una nuova risonanza pseudoscalare e significativi incrementi di soglia nel sistema dominati dalle onde parziali e , fornendo nuove intuizioni sulla spettroscopia degli adroni leggeri e sulla dinamica barione-antibarione.
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Nel mondo subatomico, la materia è costruita da una piccola famiglia di particelle fondamentali che si combinano per formare tutto ciò che vediamo. Tra queste ci sono i protoni e i neutroni, che compongono i nuclei degli atomi, e i loro cugini più pesanti, noti come barioni. Quando queste particelle incontrano i loro gemelli di antimateria, possono annichilirsi a vicenda, rilasciando energia o trasformandosi in nuove particelle. I fisici sono da tempo affascinati da ciò che accade quando un barione e un antibarione vengono creati insieme a velocità molto basse, proprio nel momento in cui nascono. In questi momenti fugaci, le forze tra di loro possono creare uno stato temporaneo e affollato che appare come un improvviso picco di attività, o un "incremento di soglia" (threshold enhancement). Sebbene gli scienziati abbiano osservato questo comportamento con protoni e antiprotoni, lo stesso fenomeno con particelle più pesanti chiamate barioni lambda è stato più difficile da individuare. Comprendere queste interazioni fugaci aiuta i ricercatori a mappare le forze che tengono unita la materia e a cercare nuove, inaspettate forme di materia che potrebbero esistere solo in queste condizioni estreme.
Un team di ricercatori che utilizza il rilevatore BESIII al Collisionatore Elettrone-Positrone di Pechino ha ora esaminato con una nuova luce questo fenomeno. Hanno analizzato i dati di oltre 2,7 miliardi di collisioni che coinvolgono una particella chiamata psi(3686). Quando questa particella decade, può emettere un lampo di luce, o un fotone, e lasciare dietro di sé una coppia di particelle lambda e anti-lambda. Tracciando attentamente i percorsi e le energie dei detriti risultanti, gli scienziati hanno ricostruito la massa della coppia lambda al momento della loro creazione. Si sono concentrati specificamente sulla regione appena sopra l'energia minima necessaria per creare la coppia, cercando eventuali strutture insolite che potessero rivelare nuova fisica.
L'analisi ha rivelato che il comportamento di queste coppie di particelle è dominato da due tipi specifici di moto quantistico. Un tipo prevede che le particelle ruotino in direzioni opposte senza moto orbitale, mentre l'altro prevede che ruotino nella stessa direzione con una specifica torsione orbitale. Entrambe queste configurazioni hanno mostrato un significativo e inaspettato picco di attività proprio alla soglia in cui le particelle vengono create inizialmente. Ciò suggerisce che le forze tra il lambda e l'anti-lambda siano abbastanza forti da creare uno stato temporaneo, di tipo legato, anche prima che abbiano energia sufficiente per volare via liberamente.
Forse la scoperta più sorprendente è stata l'identificazione di una nuova risonanza di particelle nascosta nei dati. Nello specifico moto in cui le particelle ruotano in modo opposto, i ricercatori hanno trovato un picco distinto corrispondente a una particella con una massa di circa 2625 MeV/c² e una larghezza di circa 140 MeV. Hanno chiamato questo nuovo stato eta(2600). Questa massa è coerente con una particella misteriosa precedentemente osservata, chiamata X(2600), che era stata vista solo in un diverso canale di decadimento che coinvolgeva pioni e un mesone eta prime. Il fatto che questa nuova particella appaia nel sistema lambda-anti-lambda con una massa e un tasso di produzione simili suggerisce che eta(2600) e X(2600) siano probabilmente lo stesso oggetto fisico. Questo la renderebbe il mesone leggero più pesante mai osservato.
La scoperta è significativa perché offre un nuovo indizio sulla struttura interna dei mesoni pesanti. Mentre alcune teorie suggeriscono che questa particella sia composta da quattro quark, altre propongono che sia un "glueball", una particella fatta interamente di gluoni che trasportano la forza forte. L'osservazione di questo stato nel sistema lambda-anti-lambda, che è sensibile a specifiche proprietà quantistiche, aiuta a restringere le possibilità. I ricercatori hanno anche confermato l'esistenza di un ampio incremento di soglia nell'altro tipo di moto, che potrebbe essere interpretato come uno stato legato temporaneo delle due particelle. Queste scoperte forniscono un quadro più chiaro di come la materia e l'antimateria interagiscono al limite dell'esistenza, offrendo nuovi dati per testare la nostra comprensione delle forze fondamentali che governano l'universo.
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