Spettroscopia - JLab12

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Spettroscopia

Programma di Fisica


Lo studio dello spettro adronico è uno degli strumenti chiave che ci permette di sondare la struttura microscopica della materia che ci circonda e di investigare i meccanismi che la governano. Negli anni ’60, fu proprio lo studio dello spettro degli adroni a portare i fisici a formulare l’ipotesi che questi non fossero particelle elementari, ma che fossero in realtà composti da costituenti fondamentali che chiamarono quark. Oggi sappiamo che la materia adronica è in effetti composta da barioni e mesoni, costituiti rispettivamente da sistemi legati di tre quark e coppie quark-antiquark che interagiscono con lo scambio di gluoni. Nonostante i grandi progressi fatti in questo campo negli ultimi decenni, molte domande sono ancora prive di risposta: qual’è l’origine della massa adronica? qual’è il ruolo dei gluoni nel determinare le proprietà degli adroni? qual’e’ l’origine del confinamento dei quark? esistono adroni con configurazione a quark differente da barioni e mesoni ordinari? La ricerca in questo campo pertanto continua. Nel settore barionico la maggior parte delle informazioni sugli stati eccitati dei nucleoni è stata estratta a partire dagli anni ‘70 dallo studio delle reazioni di diffusione pione-nucleone. Ne è emerso uno spettro caratterizzato da numerosi stati risonanti, di larghezza caratteristica pari a molte decine di MeV e sovrapposti in un intervallo energetico compreso tra 1200 MeV e 2200 MeV.

Dal punto di vista teorico i modelli a quark costituenti, che descrivono i tre quark interagenti tramite potenziali ispirati alle proprietà della cromo-dinamica quantistica, sono in grado di riprodurre lo spettro dei barioni. Prevedono anche l’esistenza di numerosi stati, di energia compresa tra 2000 MeV 3000 MeV, che non sono stati osservati sperimentalmente e che sono noti con il nome di "risonanze mancanti". L’esistenza di tali stati è confermata dai recenti calcoli di cromo-dinamica quantistica su reticolo. Tutti i modelli prevedono che le "risonanze mancanti", di energia più elevata, abbiano una probabilità elevata di decadere e/o di formarsi dall’interazione dei nucleoni con particelle diverse dai pioni: fotoni, kaoni, mesoni omega etc. Gli esperimenti che studiano le reazioni di foto-produzione di mesoni dotati di stranezza e di mesoni vettoriali hanno perciò maggiore probabilità di confermare l’esistenza delle "risonanze mancanti".La spettroscopia mesonica rimane un argomento di grande attualità perché i mesoni, formati da un quark ed un antiquark, sono il sistema adronico più semplice ed il laboratorio ideale dove studiare l’interazione fra quark ed il ruolo dei gluoni. Nel settore dei quark leggeri (u,d,s) che viene esplorato al Jefferson Lab, nuovi esperimenti si propongono di determinare con la massima accuratezza lo spettro e le proprietà dei mesoni ordinari e di evidenziare la possibile esistenza di stati non convenzionali quali tetraquarks, formati da due quark e due antiquark, glueballs, formati da soli gluoni, e ibridi, formati da quark-antiquark-gluone. La scoperta di stati mesonici con questa struttura esotica fornirebbe la prima evidenza di una nuova materia adronica e permetterebbe di fare un grande passo in avanti nella comprensione dell’interazione forte.


 
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