Scoperta al Cern una nuova particella, è pesante quattro volte un protone

18/03/2026 SCIENZA E TECNOLOGIA Preferisci Informazione.News su Google

Redazione Scienza e Tecnologia   -   Il Large Hadron Collider di Ginevra, l’acceleratore di particelle più potente mai costruito dall’uomo, continua a riservare sorprese, e l’ultima, in ordine di tempo, porta la firma dell’esperimento LHCb, la grande collaborazione internazionale che vede un ruolo di primo piano dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano, attuale coordinatore del progetto. Gli scienziati hanno infatti annunciato l’osservazione di una nuova particella subatomica, un “parente” stretto ma decisamente più pesante del protone, il mattoncino fondamentale che, insieme al neutrone, costituisce il cuore degli atomi. La scoperta, presentata nel corso della conferenza Rencontres de Moriond, non è solo l’aggiunta di un nuovo nome al già affollato zoo delle particelle, ma rappresenta una pietra miliare per la fisica: è il primo nuovo oggetto celeste, per così dire, identificato dopo il massiccio aggiornamento tecnologico che ha potenziato LHCb, rendendolo molto più sensibile e veloce nell’acquisizione dei dati.

Per comprendere la portata dell’evento, bisogna addentrarsi nella struttura intima della materia, in quel mondo subatomico governato da forze e interazioni che sfidano l’intuito comune. Un protone ordinario, come quelli che popolano la materia che ci circonda, è un sistema legato composto da tre quark, particelle elementari che, a loro volta, non sono ulteriormente divisibili: nel dettaglio, due quark di tipo “up” e uno di tipo “down”. La particella scoperta, battezzata Ξcc⁺ (leggi Xi cc più), presenta una configurazione simile, ma con una differenza sostanziale e affascinante: i due quark up sono sostituiti da due quark “charm”, che sono una versione molto più massiccia e instabile dei loro cugini leggeri. Il risultato di questa sostituzione è una particella la cui massa è circa quattro volte superiore a quella del protone, un peso notevole che la rende estremamente volatile e difficile da catturare, un fantasma che appare e scompare nel vuoto in una frazione di secondo infinitesimale.

La firma inequivocabile della sua esistenza è emersa dall’analisi dei dati raccolti nel 2024, il primo anno di operatività a pieno regime del rivelatore potenziato, e si è manifestata attraverso il suo decadimento, un processo di trasformazione in cui la particella, vivendo appena un batter di ciglia, si dissolve in tre particelle figlie più leggere e stabili, ricostruibili dagli strumenti. Sono state circa 915 queste “firme” di decadimento, un numero statisticamente significativo che ha permesso di raggiungere un livello di confidenza di 7 sigma, ben al di sopra della soglia di 5 sigma che i fisici utilizzano per decretare una scoperta ufficiale. Questo risultato, oltre a confermare le potenzialità della strumentazione appena entrata in funzione, chiude anche un capitolo lungo vent’anni: un precedente, e discusso, avvistamento di questa stessa particella, risalente al 2002 e realizzato al Fermilab negli Stati Uniti, non era mai stato confermato, lasciando un alone di mistero sulla sua reale natura e sulla sua massa.

Il ruolo dell'Italia e i segreti della forza forte

La collaborazione LHCb, un colosso scientifico che riunisce oltre mille ricercatori provenienti da più di venti nazioni, vede una partecipazione italiana di primissimo piano, sia in termini di risorse umane che di coordinamento scientifico. L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare non solo detiene attualmente il coordinamento dell'esperimento, ma può contare su una percentuale di ricercatori italiani coinvolti che supera il 19 per cento, la più alta tra tutti i paesi partecipanti. Questo contributo massiccio ha permesso di giocare un ruolo chiave nello sviluppo e nella messa a punto del rivelatore aggiornato, uno strumento talmente preciso da poter fotografare le collisioni quaranta milioni di volte al secondo, utilizzando chip al silicio progettati su misura e che trovano applicazione, guarda caso, anche in campo medicale. L'aggiornamento, come spiegano i ricercatori, consente di raccogliere ogni giorno una mole di dati quindici volte superiore al passato, un salto di qualità che apre finestre di osservazione prima inimmaginabili.

Osservare una particella come la Ξcc⁺ non è un semplice esercizio di stile o una caccia al tesoro fine a sé stessa, ma un passo avanti nella comprensione di una delle forze fondamentali della natura, l'interazione forte, quella forza che tiene insieme i quark all'interno di protoni e neutroni e che, in ultima analisi, impedisce alla materia di disgregarsi. La teoria che descrive questa forza, la cromodinamica quantistica, è estremamente complessa e le sue predizioni diventano particolarmente difficili da calcolare quando si ha a che fare con combinazioni di quark pesanti, come appunto i quark charm. La nuova particella, in questo senso, diventa un laboratorio ideale, un banco di prova per mettere alla prova i modelli teorici e capire come si comporta la forza forte in condizioni estreme, con quark che non fanno parte della materia ordinaria e che è molto difficile produrre persino con macchine potenti come LHC. La scoperta conferma che la strada intrapresa con il potenziamento del rivelatore è quella giusta e fornisce ai fisici teorici nuovi, preziosissimi dati su cui lavorare per affinare le loro simulazioni e la loro comprensione dell'universo.

Il peso dei quark e la nuova era della fisica

La particella appena scoperta non è un oggetto isolato, ma va a completare un quadro familiare. Nel 2017, sempre LHCb aveva osservato una particella gemella, la Ξcc⁺⁺ (doppiamente carica), composta da due quark charm e un quark up. La Ξcc⁺, con il suo quark down, rappresenta il suo partner di isospin, un concetto della fisica delle particelle che lega particelle con proprietà simili ma carica diversa. Le teorie prevedevano che le due dovessero avere masse molto vicine, e la nuova misurazione, con una massa di circa 3619,97 MeV/c², conferma proprio questa aspettativa, dissipando definitivamente i dubbi sollevati dalle vecchie misurazioni di due decenni fa, che indicavano una massa molto più bassa e incompatibile con i modelli. Questa coerenza tra teoria e osservazione è un ulteriore tassello che rafforza la solidità del Modello Standard, la teoria che descrive le particelle e le forze fondamentali, e che proprio grazie a scoperte come questa vede confermata la propria validità predittiva.

Il futuro, adesso, si preannuncia ricco di ulteriori scoperte. L'entusiasmo nella comunità scientifica è palpabile, perché la nuova configurazione di LHCb non solo ha permesso di scovare questa particella sfuggente, ma apre la strada alla ricerca di altri membri della stessa famiglia e, più in generale, a uno studio molto più dettagliato di fenomeni rari, come i decadimenti di particelle che potrebbero nascondere fisiche nuove, oltre il Modello Standard. I ricercatori stanno già progettando un ulteriore salto di qualità: quest'estate, in concomitanza con un lungo periodo di spegnimento dell'acceleratore, inizieranno i lavori per trasformare LHC nell'High-Luminosity LHC, un progetto che decuplicherà il numero di collisioni, inondando i rivelatori di dati e inaugurando di fatto una nuova era per la fisica delle alte energie. In questo contesto, la scoperta della Ξcc⁺ rappresenta non solo un traguardo, ma soprattutto una promessa, la dimostrazione pratica che la strada degli upgrade tecnologici è quella vincente per continuare a esplorare l'infinitesimamente piccolo e svelare i segreti più intimi della materia.