Con un’analisi unica dei dati sperimentali, i fisici nucleari hanno osservato per la prima volta come le particelle lambda, la cosiddetta “materia strana“, siano prodotte da un processo specifico chiamato scattering anelastico profondo semi-inclusivo (SIDIS). Inoltre, questi dati suggeriscono che gli elementi costitutivi dei protoni, quark e gluoni, sono in grado di attraversare il nucleo atomico in coppie chiamate diquark, almeno una parte del tempo. Questi risultati provengono da un esperimento condotto presso la Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Si tratta di un risultato che ha richiesto decenni di lavoro. Il set di dati è stato raccolto originariamente nel 2004. Lamiaa El Fassi, oggi professore associato di fisica presso la Mississippi State University e ricercatore principale del lavoro, ha analizzato per la prima volta questi dati durante il suo progetto di tesi per ottenere la laurea su un argomento diverso. Quasi un decennio dopo aver completato la sua ricerca iniziale con questi dati, El Fassi ha rivisitato il set di dati e ha guidato il suo gruppo attraverso un’attenta analisi per ottenere queste misure senza precedenti. Il set di dati proviene da esperimenti condotti presso la Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) del Jefferson Lab, una struttura utente del DOE. Nell’esperimento, i fisici nucleari hanno monitorato cosa succede quando gli elettroni del CEBAF si disperdono dal nucleo bersaglio e sondano i quark confinati all’interno di protoni e neutroni. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Physical Review Letters.
Dentro come un lambda
Come i più familiari protoni e neutroni, ogni lambda è composto da tre quark. A differenza di protoni e neutroni, che contengono solo una miscela di quark up e down, i lambda contengono un quark up, un quark down e un quark strano. I fisici hanno soprannominato la materia che contiene quark “materia strana”. In questo lavoro, El Fassi e i suoi colleghi hanno studiato come queste particelle di materia strana si formano dalle collisioni di materia ordinaria. Per farlo, hanno sparato il fascio di elettroni del CEBAF contro diversi bersagli, tra cui carbonio, ferro e piombo. Quando un elettrone ad alta energia proveniente dal CEBAF raggiunge uno di questi bersagli, rompe un protone o un neutrone all’interno di uno dei nuclei del bersaglio. “Dato che il protone o il neutrone è completamente rotto, ci sono pochi dubbi sul fatto che l’elettrone interagisca con il quark al suo interno”, ha detto El Fassi. Dopo che l’elettrone interagisce con uno o più quark attraverso uno scambio di fotoni virtuali, il quark o i quark “colpiti” iniziano a muoversi come particelle libere nel mezzo, unendosi in genere con altri quark che incontrano per formare una nuova particella composita mentre si propagano attraverso il nucleo. In alcuni casi, questa particella composita sarà un lambda. Ma il lambda ha vita breve: dopo la sua formazione, decade rapidamente in altre due particelle: un pione e un protone o un neutrone. Per misurare le diverse proprietà di queste particelle lambda create per breve tempo, i fisici devono rilevare le due particelle figlie, nonché l’elettrone del fascio che si è disperso dal nucleo bersaglio. L’esperimento che ha raccolto questi dati, EG2, ha utilizzato il rivelatore CEBAF Large Acceptance Spectrometer (CLAS) nella Experimental Hall B del Jefferson Lab. I risultati recentemente pubblicati, “First Measurement of Λ Electroproduction off Nuclei in the Current and Target Fragmentation Regions”, fanno parte della collaborazione CLAS, che coinvolge quasi 200 fisici in tutto il mondo.
