Frontemare di Trieste
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Trieste

L'esperimento ALICE effettua la prima misura diretta di una proprietà fondamentale della QCD: il dead cone

L'osservazione fornisce anche una misura diretta alla massa del quark charm prima del confinamento negli adroni

È stato misurato per la prima volta l'effetto di dead cone dalla Collaborazione ALICE (link https://home.cern/science/experiments/alice), uno dei quattro maggiori esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) al CERN a cui contribuiscono anche ricercatori e ricercatrici dipendenti e associati all'INFN (link https://www.ts.infn.it/com/ricerca/gr3/alice).

L'effetto di dead cone è una caratteristica fondamentale della teoria dell'interazione forte che lega i quark e i gluoni all'interno dei protoni, neutroni e tutti i nuclei atomici: la cromdinamica quantistica (QCD). L'osservazione del dead cone è stata pubblicata su Nature (link https://www.nature.com/articles/s41586-022-04572-w) e fornisce anche una misura diretta alla massa del quark charm (quark di massa elevata) prima del confinamento negli adroni.

La QCD è una teoria di successo e permette di conoscere il comportamento dei quark, che non possono essere prodotti singolarmente, ma solo in stati aggregati chiamati adroni (confinamento).

Dopo la loro creazione i partoni, quark e gluoni prodotti in grande abbondanza nelle collisioni tra particelle ad LHC, formano sciami di particelle, dove perdono energia emettendo radiazione sotto forma di gluoni che a loro volta emettono altri gluoni (come in figura). La forma della radiazione dello sciame dipende dalla massa del gluone emittente. La teoria dell'interazione forte predice l'esistenza di una regione, lungo la direzione di volo del partone, nella quale l'emissione di gluoni è soppressa: il dead cone.

Predetto trent'anni fa da principi primi della QCD, il dead cone non era mai stato osservato direttamente a causa delle difficoltà nel determinare la direzione del partone emesso nello sciame. La Collaborazione ALICE è riuscita ad osservarlo direttamente grazie a tecniche innovative di analisi dati applicate alle collisioni protone-protone ad LHC. Queste consistono nell'identificazione di getti energetici contenenti un quark charm e nella consecutiva ricostruzione completa delle emissioni di gluoni dal quark charm stesso. A questo punto il dead cone nello schema di emissione del quark charm è emerso comparando il suo schema di radiazione con quello dei quark leggeri.

La tecnica di misura del dead cone apre la strada a nuove possibilità per misurare direttamente le masse dei quark liberi che non sono direttamente accessibili sperimentalmente a causa del confinamento.

Per saperne di più leggi l'articolo su Nature: "Direct observation of the dead-cone effect in QCD" by ALICE Collaboration, Published in: Nature 605 (2022) 440-446 (link https://www.nature.com/articles/s41586-022-04572-w).

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