FRA GIAPPONE E ITALIA

Caccia alla materia strana

Dopo l'esperimento E15 che ha dato ottimi risultati all’acceleratore J-Parc in Giappone con la rilevazione di uno stato legato nucleare con "stranezza", ai Laboratori nazionali di Frascati si dà la caccia a uno stato atomico in cui un kaone con carica negativa si lega con un nucleo di carica positiva generando un atomo esotico - l'atomo kaonico. Il commento di Catalina Curceanu dell’Infn, prima autrice di uno studio in proposito su Reviews of Modern Physics

     13/09/2019
Social buttons need cookies

Catalina Curceanu, ricercatrice all’Istituto nazionale di fisica

È una storia che comincia più di 20 anni fa. Quando Catalina Curceanu, oggi prima ricercatrice ai Laboratori nazionali di Frascati dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), è arrivata in Italia. Fresca di laurea, conseguita all’Università di Bucarest, ha lasciato la terra natia – la storica regione della Transilvania, in Romania, scelta da Bram Stoker per ambientare le oscure vicende del Conte Dracula – per la città metropolitana di Roma Capitale. Dal castello di Dracula ai Castelli Romani. E che il vino faccia buon sangue, è noto ai più. Catalina, che abbiamo raggiunto al telefono per Media Inaf, ci ha confessato che al tempo era astemia ma negli anni ha frequentato corsi di recupero in loco.

«Mi occupo di fisica “strana” e delle sue possibili implicazioni nella nostra conoscenza dell’Universo, dalle particelle alle stelle. Insomma: fisica sperimentale, messa alla prova sul campo con acceleratori di particelle come Dafne». La Double Annular Factory for Nice Experiments (ovvero fabbrica a doppio anello per esperimenti accurati) la cui peculiarità è quella di essere un acceleratore di elettroni-positroni che produce particelle “strane”. Come i kaoni, che contengono, appunto, il quark “strano”.

Ed è sulla linea di Dafne che è stato allestito Siddharta-2 (una sigla che sta per Silicon Drift Detectors for Hadronic Atom Research by Timing Application), un esperimento tutto incentrato sulla fisica della stranezza a basse energie, laddove la teoria che descrive l’interazione nucleare forte, soprattutto in sistemi con stranezza, è ancora poco conosciuta. Siddharta-2 misurerà per la prima volta le transizioni atomiche del deuterio kaonico mediante innovativi rivelatori a semiconduttori (Silicon Drift Detector) e sistemi di veto particolari. I risultati prodotti dall’esperimento avranno implicazioni nel campo della fisica nucleare e delle particelle, nonché in astrofisica (c’è stranezza nelle stelle di neutroni?), inclusa una miglior comprensione delle onde gravitazionali emesse da sistemi binari di stelle di neutroni.

Chi ama il teatro potrebbe forse pensare all’antro di Prospero de La tempesta di William Shakespeare: «Ora il mio esperimento volge alla soluzione. I miei incantesimi non falliscono. Gli spiriti obbediscono». E gli spiriti qui hanno la forma dei quark “strani” (strange) del modello Standard: la materia strana, gli atomi esotici – kaonici – creati in laboratorio, che non esistono in forma stabile nella natura e che indaghiamo con la scienza, potrebbero forse nascondersi nel cuore di una stella di neutroni.

La collocazione dell’esperimento Siddharta-2 sugli anelli principali di Dafne, ai Laboratori nazionali di Frascati.

«I kaoni sono mesoni, particelle composte da un quark e un antiquark. E in particolare nei kaoni il quark è il quark strano a cui siamo tanto affezionati», spiega Curceanu. L’esperimento Siddharta-2 di Frascati viene effettuato da una collaborazione internazionale che vede coinvolte 12 istituzioni scientifiche provenienti da Italia, Austria, Romania, Germania, Canada, Croazia, Polonia e Giappone. E proprio in Giappone un primo esperimento ha dato ottimi risultati all’acceleratore J-Parc con la rilevazione di uno stato legato nucleare: un kaone negativo legato attraverso l’interazione forte con due protoni all’interno di un nucleo strano

«Con Dafne e Siddharta-2 andiamo a caccia di stati atomici, in cui leghiamo un kaone a un nucleo (deutone nel nostro caso) di carica positiva. Il kaone viene prodotto dall’acceleratore, si ferma all’interno di un bersaglio che contiene deuterio e viene catturato in orbita da un deutone. La particella sostituisce l’elettrone e forma un atomo esotico, un atomo kaonico. Noi stiamo studiando le diseccitazioni di questi atomi kaonici sull’orbita fondamentale, laddove oltre all’interazione elettromagnetica si fa sentire anche l’interazione forte fra i quark del kaone e quelli del deutone: un ottimo modo per misurare l’interazione fra i quark», precisa Curceanu. «L’esperimento giapponese e quello italiano fanno parte della stessa storia e anche di un programma finanziato dal Ministero degli affari esteri e della cooperazione internazionale, StrangeMatter, che ha l’obiettivo di studiare la stranezza nell’universo. Di fatto sono due modi di indagare la stranezza e la sua interazione con la materia nucleare. È qualcosa di estremamente affascinante. Mi ricorda un detto di Edgar Allan Poe: non esiste una bellezza squisita senza qualche stranezza in mezzo».

Per saperne di più:

  • Leggi su Reviews of Modern Physics The modern era of light kaonic atom experiments“, di Catalina Curceanu, Carlo Guaraldo, Mihail Iliescu, Michael Cargnelli, Ryugo Hayano, Johann Marton, Johann Zmeskal, Tomoichi Ishiwatari, Masa Iwasaki, Shinji Okada, Diana Laura Sirghi, Hideyuki Tatsuno