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Un gluone travestito da quark? Un gluone travestito da quark? Scoperta in Inghilterra una particella «esotica» Elettroni ATOMO IN inglese glue significa «colla». Non a caso, dunque, le particelle che fanno da mediatrici della forza nucleare forte sono state chiamate gluoni. Questa interazione infatti diventa tanto più intensa quanto più le particelle che ne risentono vengono allontanate le une dalle altre. E' grazie alla forza nucleare forte che tre quark rimangono uniti per costituire gli adroni (i protoni e i neutroni) che si trovano nei nuclei atomici, e che un quark e un antiquark formano un mesone. Tutto ciò è previsto dalla teoria della cromodinamica quantistica (Qcd), che descrive le interazioni fra i quark ad alte energie. Le equazioni della Qcd diventano però molto complesse quando le energie in gioco sono basse. Dunque sono poco noti il comportamento e le proprietà dei gluoni quando le interazioni si fanno più intense e si formano i protoni e i neutroni. Già alla fine degli Anni 70 alcuni fisici teorici cominciarono a ipotizzare l'esistenza di mesoni in cui i gluoni giocano un ruolo più importante di quello di trasmettitori della forza nucleare forte. Una sorta di «vibrazione» potrebbe porli in stati eccitati la cui energia contribuirebbe a formare particelle costituite da un quark, un antiquark e, appunto, un gluone. Pei- la loro stranezza questi mesoni sono stati definiti «esotici». Il gluone potrebbe dunque condurre una doppia vita: mediatore della forza nucleare forte e, nei mesoni esotici, anche costituente fondamentale della materia. «Se la loro esistenza fosse confermata», afferma Frank Close del Laboratorio Rutherlord-Appleton, in Inghilterra, «avremmo la prova che il gluone è un costituente della materia con lo stesso grado di rispettabilità del quark». I numeri quantici, come il momento angolare, lo spin e la carica, di un mesone esotico avrebbero valori proibiti per un mesone normale, costituito semplicemente da un quark e da un antiquark. Purtroppo è molto difficile riconoscere una particella del genere fra le innumerevoli tracce di mesoni comuni che si osservano in un acceleratore dopo un'interazione fra adroni. Negli ultimi quindici anni più volte si è tentato di osservare un mesone esotico, con risultati non convincenti. Final¬ mente nell'agosto di quest'anno un gruppo di ricercatori del Brookhaven National Laboratory di New York ha annunciato di avere ottenuto il risultato tanto atteso, i cui particolari sono stati pubblicati in settembre su Physical Review Letters. Nell'esperimento E852, iniziato nel 1994, essi hanno colpito un bersaglio di idrogeno liquido con un fascio di pioni (un tipo di mesoni normali). Le particelle provenienti dall'impatto fra i pioni e i protoni sono state studiate da un rivelatore in grado di determinarne con precisione le proprietà. E, fra 200 milioni di collisioni, 400 mila indicano l'esistenza di particelle con una massa di 1370 MegaelettronVolt (un protone ha massa di 940 MeV), con numeri quantici proibiti per i mesoni comuni ma possibili per i mesoni esotici. Ma una rondine non fa primavera, e la storia della fisica è lastricata di particelle osservate una volta, mai più riviste in esperimenti successivi, e infine cadute nel dimenticatoio per mancanza di conferme ulteriori. Serviva una prova indipendente, dunque, che però quasi subito è arrivata da un esperimento compiuto al Cera. I ricercatori del laboratorio di Ginevra hanno fatto scontrare un fascio di antiprotoni con i neutroni presenti nella materia. Fra le molte particelle createsi durante l'urto, si trovavano anche alcuni mesoni con numeri quantici esotici in buon accordo con i dati ottenuti al Brookhaven Laboratory. Il mesone esotico entra dunque a pieno diritto a far parte dello zoo delle particelle? Non è così semplice. Per cominciare, infatti, fra i tre gruppi di ricerca che hanno operato a New York esistono leggere differenze nel valore della massa misurata. Non è chiaro dunque se esistono tre diversi mesoni esotici, oppure se qualcuno, da qualche parte, ha commesso un errore. Ma Frank Close fa notare che esiste una terza possibilità: «Probabilmente si tratta dello stesso oggetto, che però ha pro¬ prietà dinamiche tali da dare l'impressione di avere masse diverse». Inoltre non è ancora veramente sicuro che gli strani numeri quantici osservati siano la prova dell'esistenza di una particella formata da un quark, un antiquark e un gluone. Qualche fisico ha infatti sostenuto che potrebbe trattarsi del primo caso osservato di un oggetto costituito da ben quattro quark. Una particella interessante, certo, ma meno importante di una in cui un gluone riveste il ruolo di costituente fondamentale alla pari dei quark. Frank Close è possibilista: «Tutto quello che sappiamo è che non è costituito semplicemente da due quark». Ma Ted Barnes, fisico teorico dell'Università del Tennessee, ricorda che «la cromodinamica quantistica prevede la possibilità di così tante particelle con 4 quark che, se davvero esistessero, le avremmo osservate già da tempo». Marco Cagnotti QUARffi TECNOLOGIA MEDICA