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0058. Possono legarsi insieme 5 quark?

espertomini

Ho letto di questa scoperta, ma non capisco come possa esistere una bag contenente 5 quark. Come si realizza il bianco dai loro colori? (Salvatore Complesso)


sem_esperto_verdeLa domanda dimostra una conoscenza di base del colore e delle prescrizioni della cromodinamica quantistica. Per spiegare ad una fascia più ampia di lettori come uno stato di 5 quark sia consentito, riassumiamo innanzitutto le linee generali della teoria. Dunque, secondo il Modello Standard icona_esperto[94] delle Particelle Elementari, gli elementi base della materia sono 6 tipi di leptoni e 6 di quarks; per ciascuno di essi esiste un duplicato nell’antimateria. La materia ordinaria è costituita da atomi, elettricamente neutri perché contengono un numero uguale di protoni (carica +1) e di elettroni (carica -1). Ciascun protone o neutrone è a sua volta costituito da 3 quarks, di tipo u (“up”) e d (“down”); i quarks u hanno carica elettrica + 2/3; i quarks d hanno carica elettrica -1/3. Un protone risulta quindi costituito da una tripletta uud e il neutrone da udd . La carica elettrica però non è la sola proprietà delle particelle elementari, è solo quella che si manifesta nell’interazione elettromagnetica. Per spiegare come i protoni possano stare insieme nel nucleo, nonostante la forza elettromagnetica tenderebbe ad allontanarli, è necessario introdurre una forza molto più intensa che li attragga; questa è la cosiddetta forza forte e la proprietà corrispondente alla carica elettrica si chiama carica di colore o semplicemente colore. Mentre la carica elettrica può essere di due tipi (positiva o negativa) la carica di colore può essere di tre tipi (verde, rosso, blu); i nomi derivano tutti dalla fantasia dei fisici, in quanto si tratta di proprietà che non è possibile visualizzare (la carica positiva non contiene nulla che quella negativa non abbia...); anche i tre tipi di colore sommati danno zero o, come si dice, il bianco. Gli anti-quark hanno sia carica elettrica che carica di colore opposta a quella dei rispettivi quark. I quark non esistono liberi in natura; ma solo in gruppi di 3 (barioni) o di 2 (mesoni); queste particelle costituite da quark (adroni) hanno tutte carica di colore nulla; nei barioni il bianco si ottiene con tre quark ciascuno di colore diverso, nei mesoni il bianco si ottiene con una coppia quark-antiquark di un colore e di quello complementare (anti-verde, anti-blu, anti-rosso). Si capisce quindi che una combinazione a 5 quark deve essere costituita da una tripletta di quark di colore diverso e un quark di un colore e un antiquark di colore complementare. La notizia a cui si riferisce il lettore è quella relativa alla scoperta - non ancora accettata in modo unanime nella comunità scientfiica - di un pentaquark di massa circa una volta e mezzo quella del protone, costituito da una combinazione uudd anti-s (s è un quark uguale al d ma più pesante).

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Schema di Feyman della produzione del pentaquark.
Fino ad oggi il pentaquark non era mai stato sperimentalmente
trovato anche se i fisici avevano cercato questo esotico barione per più di 30 anni!

La carica totale è quindi +1 (l’antiquark s ha carica +1/3) ed il colore complessivo è bianco. Questa particella è un barione cioè appartiene alla stessa specie dei protoni e neutroni e, dopo un tempo brevissimo dalla sua creazione in laboratorio (tempo non ancora misurato ma probabilmente dell’ordine di 10-20 secondi) decade, cioè si scompone spontaneamente, in un neutrone (udd) e un mesone K+ (u anti-s), Per spiegare infine perché questo è un barione, mentre una combinazione di 4 quark non potrebbe esserlo, occorrerebbe allargare il discorso ad una ulteriore legge di conservazione, ovvero ad una ulteriore simmetria della natura.

Ida Peruzzi - Fisico


 

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