X(3872)

La particella X(3872) è un mesone esotico scoperto nel 2003 dall'esperimento Belle e confermato successivamente dagli esperimenti BaBar, CDF, DØ e LHCb. Le sue proprietà non sono del tutto note, sebbene sia chiaro che questo mesone non possa essere considerato un charmonio standard, per via di numerose peculiarità.

Scoperta

La X(3872) è stata osservata per la prima volta dall'esperimento Belle al collider asimmetrico elettrone-positrone KEKB. Nelle collisioni sono generate numerose coppie di mesoni B, i quali decadendo possono produrre risonanze contenenti quark charm. In particolare il processo studiato è il seguente:

${\displaystyle B^{\pm }\to K^{\pm }l^{+}l^{-}\pi ^{+}\pi ^{-}\,,}$

dove i mesoni B carichi decadono in mesoni K, una coppia di leptoni (elettroni o muoni) e una coppia di pioni carichi. La quantità studiata è la massa invariante dei leptoni e dei pioni meno la massa invariante dei leptoni:

${\displaystyle \delta M=M(ll\pi \pi )-M(ll)\,.}$

La distribuzione attesa per questa quantità era una curva continua con un picco in corrispondenza a ${\displaystyle \delta M=589\,MeV}$, dovuto al contributo del processo:

${\displaystyle B^{\pm }\to K^{\pm }\psi (2S)\to K^{\pm }\left(J/\psi \,\pi ^{+}\pi ^{-}\right)\to K^{\pm }\left((l^{+}l^{-})\pi ^{+}\pi ^{-}\right)}$

in cui è prodotto un mesone ${\displaystyle \psi (2S)}$.

Oltre al picco della ${\displaystyle \psi (2S)}$, si osservò sperimentalmente un ulteriore picco a ${\displaystyle \delta M=775\,MeV}$, corrispondente alla presenza di una particella (chiamata temporaneamente X) di massa 3872 MeV, che partecipa al processo in modo analogo al mesone ${\displaystyle \psi (2S)}$:

${\displaystyle B^{\pm }\to K^{\pm }X\to K^{\pm }\left(J/\psi \,\pi ^{+}\pi ^{-}\right)\to K^{\pm }\left((l^{+}l^{-})\pi ^{+}\pi ^{-}\right)}$

Il picco ha una larghezza inferiore alla risoluzione sperimentale, ponendo quindi un limite superiore alla larghezza della risonanza di 3 MeV.

Negli anni successivi ulteriori misure hanno portato alla determinazione delle larghezze di decadimento in alcuni canali. Per lungo tempo i numeri quantici J^PC della X(3872) sono rimasti ignoti: le due ipotesi più probabili furono 1⁺⁺ e 2^-+, determinati dallo studio della distribuzione angolare dei leptoni e dei pioni nello stato finale. Nel febbraio 2013 la collaborazione LHCb ha pubblicato uno studio che favorisce nettamente l'ipotesi 1⁺⁺.

Il valore della C-parità della X(3872) è sicuramente positivo, a causa dell'osservazione del decadimento ${\displaystyle X\to J/\psi \,\gamma }$.

Interpretazione

Le caratteristiche della X(3872) rendono impossibile la sua identificazione con un charmonio standard. Le due caratteristiche più importanti sono:

• la ridotta larghezza totale della risonanza: infatti i charmoni standard al di sopra della soglia di open-charm hanno larghezze tipicamente superiori a 10 MeV;
• la forte violazione di isospin riscontrata nei suoi decadimenti: infatti le larghezze parziali dei decadimenti ${\displaystyle X\to J/\psi \,\omega }$ e ${\displaystyle X\to J/\psi \,\rho ^{0}}$ sono dello stesso ordine di grandezza, sebbene i due stati finali abbiano valori di isospin totale rispettivamente pari a 0 e 1; i charmoni standard sono stati a isospin totale nullo (non contengono quark up o down), quindi se la X fosse un charmonio standard il decadimento in ${\displaystyle J/\psi \,\rho ^{0}}$ dovrebbe essere fortemente soppresso.

Le interpretazioni attualmente favorite sono quelle di molecola di mesoni D e D^* e di tetraquark, sebbene non ci sia attualmente un accordo nella comunità scientifica.

Note

Voci correlate

• Adrone esotico
• Modello a quark costituenti
• Cromodinamica quantistica

V · D · M Particelle in fisica
Elementari	Fermioni Quark Up · Down · Charm · Strange · Top · Bottom Leptoni Elettrone · Positrone · Muone · Antimuone · Tauone · Antitauone · Neutrino elettronico · Antineutrino elettronico · Neutrino muonico · Antineutrino muonico · Neutrino tauonico · Antineutrino tauonico Bosoni Gauge Fotone · Gluone · Bosoni W e Z Scalari Bosone di Higgs Ipotetiche Sparticelle Gaugini Gluino · Gravitino · Fotino Altre Axino · Chargino · Higgsino · Neutralino · Sfermione · Bosino Altre Assione · Dilatone · Gravitone · Monopolo magnetico · Majorone · Tachione · Bosoni X e Y · bosoni W' e Z' · Neutrino sterile · Preone · Fermione di Majorana Altre Ghost di Faddeev-Popov
Composte	Adroni Barioni/ iperoni Nucleone (Protone · Neutrone) · Barione delta · Barione lambda · Barione sigma · Barione Xi · Barione omega Mesoni/ quarkoni Pione · Mesone rho · Mesoni eta e eta primo · Mesone phi · Mesone omega · Mesone J/Psi · Mesone upsilon · Kaone · Mesone B · Mesone D Adroni esotici Tetraquark · Pentaquark Ipotetiche Barioni esotici Esaquark Mesoni esotici Glueball (Odderone) · Mesone theta · Mesone T Altre Molecola mesonica · Pomerone Altre Nuclei atomici · Atomi · Atomi esotici (Positronio · Muonio · Tauonio · Pionio) · Atomolecole · Molecole · Superatomo
Quasiparticelle	Droplettone · Eccitone · Fasone · Frattone · Fonone · Lacuna · Levitone · Magnone · Plasmarone · Plasmone · Polaritone · Polarone · Qualunquone · Rotone · Skyrmione · Skyrmione magnetico · Solitone · Solitone di Davydov · Spinone · Topolaritone
Cronologia della scoperta delle particelle

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