C’è anche un po’ di Sardegna nella scoperta della “colla dell’universo”

La Xi viene creata nelle collisioni tra particelle di alta energia, come quelle che avvengono tra protoni all’acceleratore LHC. Vive all’incirca un millesimo di miliardesimo di secondo e si disintegra successivamente in altre particelle.

Risultati immagini per alessandro cardiniSi chiama Alessandro Cardini, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) nella sezione di Cagliari, ed è il responsabile nazionale Italiano dell’esperimento LHCb, che recentemente ha scoperto la particella Xi – il cui nome esatto è “Xi_cc_++” – dove coordina l’attività dei 135 fisici italiani coinvolti nell’esperimento.

Classe 1965, originario di Lodi, ha studiato Fisica all’Università di Pisa dove si è laureato ed ha svolto successivamente il Dottorato di Ricerca in Fisica. Prima di essere assunto all’INFN ha lavorato per la University of California Los Angeles (UCLA). Assunto inizialmente presso la sezione di Roma “La Sapienza” dell’INFN, si è trasferito a Cagliari nel 2000 per lavorare con il gruppo locale di LHCb. “Dopo tanti anni di vagabondaggio di studio/lavoro in giro per il mondo – racconta responsabile nazionale – sono arrivato a Cagliari dove sono contento di avere finalmente trovato un posto che posso chiamare “casa mia”.

Si è sempre occupato di fisica subnucleare, in particolare ha sempre partecipato ad esperimenti che studiavano particelle contenenti quark pesanti. Lavora all’esperimento LHCb, uno dei 4 grandi esperimenti di LHC presso il CERN di Ginevra, dal 2000, dove ha realizzato il rivelatori di muoni.

È molto soddisfatto per la scoperta della particella. Dice il ricercatore: “Come le altre che abbiamo fatto in questi  anni, mi riempie di orgoglio, e mi da sempre una continua motivazione per continuare il mio lavoro di ricerca. E sono sicuro che questo e’ lo stesso che sentono i miei colleghi”.

La particella Xi scoperta in questi giorni è stata teorizzata, ricercata a lungo in passato e solo ieri osservata. È un barione, particelle costituite da 3 quark – come i protoni ed i neutroni che costituiscono la materia di cui siamo fatti, con una particolarità. Spiega il responsabile dell’esperimento: “La differenza tra una Xi e un protone è il fatto che nella Xi due dei quark siano pesanti, pesanti cioè più’ di 1000 volte dei quark leggeri, quelli contenuti nella materia ordinaria. Questa non era mai stata osservata prima, anche se alcuni esperimenti l’avevano cercata e uno di questi (SELEX) aveva anche dichiarato di averla osservata, ma non erano poi state confermate da altri esperimenti del settore.

Lo studio di questa particella permetterà di approfondire e di verificare la teoria della forza forte, la “cromodinamica quantistica” abbreviata in QCD. “Quella forza forte – specifica il ricercatore – che tiene i quark insieme e permette quindi di creare la particelle di cui siamo fatti, neutroni e protoni per l’appunto”. Quella che viene definita la “la forza che tiene insieme la materia dell’universo”.

L’esistenza di questa particella è stata prevista dalla QCD che ipotizza l’esistenza anche di alcuni “fratelli“. Dice il ricercatore: “Il contenuto in quark della Xi e’ “ccu”, cioè due quark “charm” ed un quark “up”, ma siamo già alla ricerca della “ccd”, dove c’e’ un quark “down” al posto dell'”up”, la Xicc+, con un “+” solo, e della “ccs”, quark “strange” al posto dell'”up”, la Omega_cc_+, gli altri due “fratelli” ipotizzati”.

Il problema della QCD è che mentre siamo in grado di scriverne le equazioni, facciamo molta fatica a trovarne le soluzioni. Dice il ricercatore: “Questo e’ complicato appunto perché i quark sono solitamente “leggeri” e ci obbligano a fare delle approssimazioni importanti. Nel caso della Xi, grazie al fatto che due quark siano pesanti, sarà più semplice fare il confronto tra previsioni della teoria, che fornirà delle soluzioni più accurate, e le misure sperimentali”. E questo ci permettera’ di capire sempre meglio il mondo che ci circonda.

Il ruolo della Sardegna. L’INFN di Cagliari è stato uno dei gruppi fondatori dell’esperimento LHCb, iniziato alla fine degli anni 90. “Inizialmente abbiamo lavorato alla realizzazione dei rivelatori – ha detto il responsabile nazionale – e dell’elettronica del rivelatore di muoni dell’esperimento. Personalmente io ho costruito, proprio qui a Cagliari, tra il 2000 e il 2006, una parte dei rivelatori che compongono il “rivelatore di muoni” di LHCb. Successivamente tra il 2007 ed il 2008, li ho installati ed ho svolto il ruolo di coordinatore delle attività sul rivelatore di muoni tra il 2008 e il 2010 quando mi sono trasferito al CERN per la partenza di LHC”.

Durante l’esperimento il gruppo LHCb di Cagliari, “costituito da ricercatori sia dell’INFN che dell’Università di Cagliari – specifica il responsabile – si è occupato delle operazioni di presa dati e dell’analisi dati. In particolare hanno lavorato alla ricerca di decadimenti rari, dello studio delle collisioni tra ioni pesanti e anche alla “fisica del charm”, cioè  lo studio di particelle che contengo per l’appunto il quark “c”. E’ all’interno di questo gruppo di lavoro che e’ stata scoperta la Xi”.

Un vero lavoro si squadra. Non c’è un vero e proprio padre della scoperta. “Anche se direttamente non siamo stati noi italiani a svolgere questa particolare analisi – racconta il ricercatore – tutti i calcoli, ci sono centinaia di ricerche che procedono in parallelo in tutto l’esperimento, sono comunque frutto della collaborazione tra tutti i partecipanti all’esperimento, nei dati analizzati c’e’ il contributo diretto e misurabile di ognuno di noi, da chi ha costruito il rivelatore, a chi lo fa funzionare, a chi lo calibra e ne mette i dati a disposizione. Un vero lavoro di squadra!”

Prospettive. La scoperta della particella Xi non è dovuta al caso, o figlia di un esperimento fine a se stesso. Ma fa parte di una serie di esperimenti che ci permetteranno a scoprire sempre di più e meglio le leggi che governano l’universo. “L’esperimento LHCb registra le collisioni tra protoni in LHC dal 2010. Al momento attuale stiamo continuando la seconda fase della presa dati (Run2) che terminerà a fine 2018, dove entreremo nella fase di “Upgrade”, il miglioramento dell’apparato sperimentale, per poi continuare dal 2021 nella terza fase (Run3). Gli esperimenti continuano ed avremo presto nuovi dati per studiare meglio la Xi e i suoi eventuali “fratelli” che stiamo già cercando”.

Il gruppo LHCb di Cagliari continuerà a giocare un ruolo chiave nell’esperimento LHCb negli anni a venire. Oltre a continuare a lavorare su analisi alla ricerca “di nuova fisica”, la fisica che potrebbe esistere oltre a quella che il Modello Standard prevede, i ricercatori cagliaritani sono pesantemente coinvolti nell’upgrade dell’esperimento, per il quale stanno costruendo una nuova elettronica per il rinnovato rivelatore di muoni. Conclude il responsabile: “Il gruppo di Cagliari continua a crescere e entro quest’anno avremo in forze un nuovo ricercatore, oltre a vari scienziati assunti con dei contratti a termine, e naturalmente sempre un ben nutrito gruppo di giovani, laureandi e dottorandi, che lavorano instancabilmente e con passione al nostro fianco”.

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