I fisici della collaborazione ATLAS del Large Hadron Collider (LHC) del CERN hanno osservato il mesone Bc*+, una versione eccitata del mesone Bc+. Entrambe le particelle sono composte da un quark charm e da un antiquark bottom.
Protoni e neutroni, i mattoni fondamentali della materia, appartengono a una vasta classe di particelle chiamate adroni. Gli adroni sono particelle composte da quark legati insieme dalla forza forte.
Gli adroni si dividono in due gruppi:
- i barioni, composti da tre quark, come protoni e neutroni;
- i mesoni, formati da una coppia quark-antiquark.
Nonostante decenni di studi, molti aspetti della forza forte restano poco compresi, in particolare il modo in cui riesce a confinare i quark all’interno degli adroni.
I mesoni contenenti quark pesanti, come i quark charm o bottom, rappresentano un laboratorio ideale per testare i modelli teorici che descrivono questi fenomeni.
I mesoni Bc+ sono particolarmente interessanti perché contengono due tipi diversi di quark pesanti: un quark charm e un antiquark bottom.
I fisici di ATLAS hanno prodotto la versione eccitata del mesone Bc+ attraverso collisioni protone-protone ad altissima energia all’interno dell’LHC.
Secondo il team, il Bc*+ decade rapidamente in un mesone Bc+ e un fotone.
Rilevare questo fotone insieme ai prodotti del decadimento del Bc+ avrebbe fornito la “pistola fumante”, cioè la prova diretta dell’esistenza del Bc*+.
Il problema principale è che la massa del Bc*+ è solo leggermente superiore a quella del Bc+, quindi il fotone emesso nel decadimento possiede pochissima energia.
L’energia è talmente bassa da rendere il fotone quasi impossibile da individuare con le tecniche standard.
Invece di usare i normali metodi di identificazione dei fotoni, i ricercatori hanno cercato eventi in cui il fotone si trasformava in una coppia elettrone-positrone all’interno del rivelatore di tracciamento di ATLAS, producendo tracce molto ravvicinate di particelle cariche provenienti da un punto comune, separato dal punto iniziale della collisione.
Queste tracce possono avere momenti trasversi estremamente bassi, fino a circa 100 MeV, molto inferiori a quelli normalmente studiati nelle analisi di ATLAS.
Per questo motivo il team ha dovuto sviluppare una procedura speciale di ricostruzione delle tracce, necessaria per riuscire a identificare i fotoni e quindi il mesone Bc*+.
La differenza di massa misurata tra il mesone Bc*+ e il Bc+ è risultata pari a 64,5 ± 1,4 MeV.
Secondo i fisici:
“Il valore rientra nell’intervallo previsto dai modelli teorici disponibili, anche se mostra una lieve deviazione rispetto ai più recenti calcoli di alta precisione.”
“Questo risultato fornisce nuovi dati preziosi per i modelli teorici che descrivono le masse delle particelle contenenti quark pesanti e contribuirà a migliorare la comprensione della forza nucleare forte.”
Il lavoro del team sarà pubblicato sulla rivista Physics Review Letters.
Riferimento:
ATLAS Collaboration (2026), “Observation of a Bc*+ meson with the ATLAS detector”, Physics Review Letters, in pubblicazione; arXiv:2605.16228
