Quark bottom al LHC

Il Large Hadron Collider (LHC) al CERN è passato dal far entrare in collisione protoni al far scontrare nuclei di atomi di piombo una volta l’anno allo scopo di riprodurre la materia nello stato in cui si trovava alla nascita dell’Universo. A quei tempi, i quark non erano legati da gluoni in protoni e neutroni. Queste particelle elementari invece vagavano liberamente in ciò che i fisici chiamano un plasma di quark e gluoni.

Finanziato dall’UE, il progetto PF4CMSHI (“Particle flow in heavy-ion collisions with CMS”) era dedicato allo studio di queste collisioni di ioni pesanti usando l’esperimento Solenoide Muonico Compatto (CMS). Questo esperimento multiuso costruito al LHC è in grado di rilevare i getti di quark che volano via dal punto di collisione. Nel contesto del progetto, sono stati osservati per la prima volta i getti provenienti da quark bottom.

Gli scienziati di PF4CMSHI sono riusciti a distinguere questi getti ricostruendo accuratamente le traiettorie degli adroni. Essi hanno adattato gli algoritmi di tracciamento del CMS per usarli in collisioni di ioni pesanti e hanno poi estrapolato tutte le traiettorie degli adroni all’indietro verso il punto di collisione. Gli adroni nei getti iniziati con la produzione di quark bottom avevano avuto origine più lontano, dove il quark bottom aveva subito il decadimento.

Le misurazioni erano sufficientemente accurate per dimostrare anche che i getti provenienti dai quark bottom si degradano come conseguenza delle interazioni con il caldo plasma denso attorno al punto di collisione. Gli scienziati del progetto hanno mostrato la dipendenza di questo fenomeno (conosciuto come smorzamento del getto) dal sapore del quark che decade, una cosa che è stata prevista dai modelli teorici.

Questa scoperta segna un passo significativo nell’ignoto. Ma il pieno potenziale dell’esperimento CMS nel sondare il plasma di quark e gluoni attraverso le collisioni di ioni pesanti deve ancora essere sbloccato. Il progetto PF4CMSHI ha rafforzato la presenza dell’Europa nel gruppo CMS ioni pesanti. Questo gruppo relativamente piccolo è formato da circa 100 fisici, per la maggior parte provenienti dagli Stati Uniti, e sta aprendo nuove strade alla ricerca al LHC.