Particella, permette questo ballo?
di Matteo Martini (INFN)
Anche se la materia che conosciamo sembra una matrioska al cui interno si trovano sempre particelle più piccole, sappiamo oggi che esistono dei costituenti fondamentali alla base di tutto. Un blocco di un qualsiasi materiale è formato da molecole, le molecole da atomi, gli atomi da elettroni e da un nucleo, il nucleo da protoni e neutroni, protoni e neutroni da quark. Bene, i quark sono proprio uno dei mattoncini che costituiscono la materia. Combinando tra loro soltanto due tipi di quark, up e down, abbiamo proprio quei protoni e neutroni che, in numero diverso, costituiscono i nuclei di un qualsiasi elemento chimico.
Detto questo, sappiamo tutto? Assolutamente no. La fisica nucleare e delle alte energie, come dimostrano i grandi acceleratori in funzione nel mondo, è sempre alla ricerca di qualcosa di nuovo che rimetta tutto in discussione o di spiegazioni ancora mancanti.
Ben 35 anni fa, nel 1984, la collaborazione “European Muon Collaboration”, EMC, evidenziò al CERN che i quark che compongono protoni e neutroni in un nucleo atomico, si comportano in modo molto diverso da quelli che compongono protoni e neutroni liberi, cioè quando queste particelle non sono legate tra loro per formare un nucleo. Avendo esattamente gli stessi quark che compongono le stesse particelle, il fatto che questi si comportassero in modo diverso nei due casi è talmente difficile da comprendere che questo fenomeno venne addirittura chiamato “effetto EMC” in onore della collaborazione che lo aveva evidenziato.
Ci sono voluti 35 anni affinché un esperimento chiamato CLAS, installato sull’acceleratore CEBAF del Thomas Jefferson National Accelerator Facility negli Stati Uniti, risolvesse il mistero. Utilizzando un fascio quasi continuo di elettroni, CLAS utilizza queste particelle come una lente di ingrandimento capace di vedere i minimi dettagli del nucleo atomico. Grazie alle tantissime collisioni raccolte dall’esperimento è stato possibile vedere come nelle coppie correlate, cioè quando protoni e neutroni sono legati nel nucleo, queste due particelle dapprima si sovrappongano per poi allontanarsi con forza. In questa continua danza, durante la sovrapposizione i quark che compongono le particelle hanno più spazio per muoversi e si spostano più lentamente modificando repentinamente le energie in gioco. Proprio questo elastico energetico determina il comportamento diverso delle particelle libere che in quanto tali non hanno il loro partner con cui danzare.
Oltre a tentare di risolvere un enigma che dura da 35 anni, la misura di CLAS pubblicata su Nature, alla quale hanno dato un contributo determinante moltissimi fisici italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare insieme ad altre 55 istituzioni di 12 paesi, ha ripercussioni importantissime anche sulla fisica dei neutrini e su tantissimi modelli cosiddetti esotici sviluppati negli ultimi anni. Come vedete, anche se sembra di aver risolto un mistero, si aprono ogni volta decine di nuove porte da esplorare!
