Un contributo unico e prezioso alla nostra comprensione delle interazioni dei quark
Sebastiano Raiz è vincitore del Premio Nazionale Marcello Conversi 2024, conferito dalla Commissione Scientifica Nazionale I dell’INFN per la miglior tesi di dottorato di fisica sperimentale delle particelle. Sebastiano ha conseguito nel 2024 il dottorato in fisica all’Università di Trieste, dove si è anche laureato nel 2020. Supportato dal Dipartimento di Fisica dell'Università e dalla Sezione INFN di Trieste, ha condotto la sua ricerca di dottorato nell’esperimento Belle II all'acceleratore SuperKEKB del laboratorio giapponese KEK, con la supervisione di Diego Tonelli.
Cerimonia di conferimento: Sebastiano Raiz, a destra, accanto a Roberto Tenchini dell'INFN di Pisa, Presidente della Commissione Scientifica Nazionale I al centro, e Giulio Umoret, co-premiato dell'INFN Torino, a sinistra.
Il lavoro consiste nella misura delle proprietà del decadimento B⁰ → π⁰π⁰ del mesone “bottom" neutro B⁰ in due pioni neutri π⁰, che a loro volta decadono in coppie di fotoni. Il mesone B⁰ è uno stato legato del quark d, che compone l’ordinaria materia nucleare, e del suo partner b, mille volte più massivo. I suoi decadimenti offrono numerosi e potenti strumenti di esplorazione delle interazioni dei quark. In particolare, la probabilità del decadimento B⁰ → π⁰π⁰ , e la sua differenza tra decadimenti di particella o antiparticella, forniscono importanti informazioni su un parametro fondamentale della teoria corrente che vincola le trasformazioni tra quark, e su possibili estensioni della teoria stessa. L’esperimento Belle II è oggi l’unico che può misurare queste proprietà — un obbiettivo ambizioso, perché solo un B⁰ ogni milione decade in π⁰π⁰ ed identificarlo richiede la ricostruzione dei fotoni, meno precisa di quella di particelle cariche e disturbata da processi di fondo più abbondanti.
Sviluppando reti neurali e modelli statistici avanzati per la selezione del segnale e la sua separazione dai fondi, Sebastiano ha ricostruito 125 decadimenti B⁰ → π⁰π⁰ a partire da 400 milioni di mesoni bottom neutri prodotti dal 2019 al 2022 in collisioni elettrone-positrone a 10.58 GeV. I risultati hanno precisione comparabile o superiore ai migliori disponibili, basati peraltro su quantità maggiori di dati. Il lavoro (https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.L071102) offre un contributo prezioso alla nostra comprensione della materia e delle forze al livello più elementare, ed è pubblicato su una delle riviste più rilevanti del settore.
Differenza tra energia del mesone B⁰ attesa e misurata per candidati B⁰ → π⁰π⁰ ricostruiti dall’esperimento Belle II. I decadimenti cercati (verde) si accumulano intorno allo zero, separati dal fondo di decadimenti in altre particelle (viola) e sovrapposti alla distribuzione quasi uniforme del fondo da combinazioni casuali di coppie di π⁰ (arancio).
Attualmente Sebastiano Raiz sta proseguendo la sua ricerca in Belle II come ricercatore post-dottorato del laboratorio DESY di Amburgo. A Trieste, studenti, dottorandi, e ricercatori del gruppo Belle II continuano lo studio di questi ed altri processi.
Il premio è intitolato alla memoria di Marcello Conversi; con Ettore Pancini e Oreste Piccioni, Conversi condusse, a Roma negli anni ’40, un esperimento fondamentale per la scoperta del muone e che molti identificano con l'origine della moderna fisica sperimentale delle particelle.
Il premio è assegnato annualmente dal 2008 e Sebastiano Raiz è il primo dottorando di Trieste ad averlo ricevuto; gli è stato consegnato alla riunione della Commissione Scientifica Nazionale I dell’INFN lo scorso 7 maggio a Pisa.
