Dedic acest articol – în care vorbesc pe scurt despre experimentul nostru – colegilor și populației din Ucraina.
Studiul atomilor exotici este foarte important pentru a înțelege forța nucleară tare. În acest context, experimentul SIDDHARTA-2 efectuat la acceleratorul DAFNE de la Frascati (Italia) are un obiectiv ambițios: prima măsurătoare din lume a deuteriului kaonic, un atom în care electronii sunt înlocuiți de așa-numiții kaoni, care conțin quarcul „strange”.
Colaborarea SIDDHARTA-2
De ani de zile, grupul pe care îl conduc la laboratorul italian de la Frascati (INFN-LNF) se pregătește să măsoare, pentru prima oară în istoria fizicii, razele X emise de atomi exotici (deuteriul kaonic), cu scopul de a înțelege mai bine interacțiunea nucleară tare în sisteme care conțin quarcuri stranii.
Colaborarea SIDDHARTA-2 implică grupuri de cercetători din mai multe țări – Italia, România, Austria, Croația, Polonia, Japonia, Germania, Spania, recent alăturându-se și un cercetător din Ucraina – și beneficiază de finanțare de la institute și universități din lumea întreagă, dar și de la proiectul european STRONG-2020 (GA 824093). Lucrăm împreună, suntem că o familie și cred că suntem și un exemplu de cum se poate colabora atunci când ne leagă obiective comune: acelea de a înțelege legile Universului.
Atomii exotici
Atomii exotici sunt acei atomi în care electronii sunt înlocuiți de particule cu sarcina electrică negativă, capturate în orbită în jurul nucleului și menținute acolo de interacțiunea electromagnetică. Dintre atomii exotici far parte: atomi muonici – în care un muon cu sarcina negativă înlocuieşte electronul; atomi antiprotonici – în care în locul electronilor găsim antiprotoni, sau atomii kaonici. Aceștia din urmă sunt cei pe care îi studiem în experimente atât la Frascati la acceleratorul DAFNE, cât și în Japonia la J-PARC.
Atomii kaonici, SIDDHARTA-2 și DAFNE
Atomii kaonici sunt extrem de interesanți de studiat. În atomii kaonici electronii sunt înlocuiți de kaoni – particule care fac parte din așa-numita clasă a mezonilor, alcătuiți dintr-un quarc și un antiquarc. În cazul kaonilor cu sarcina electrică negativă quarcul este „strange” și antiquarcul de tip anti-up.
Kaonii sunt generați la acceleratorul DAFNE de la Frascati în urma coliziunilor între electroni și pozitroni (antiparticula electronului). În aceste coliziuni electronii se anihilează cu pozitronii generând particula phi, care însă se dezintegrează aproape instantaneu, cu o probabilitate de circa 50%, într-o pereche: kaon cu sarcina negativă – kaon cu sarcina pozitivă.
Kaonii cu sarcina negativă sunt folosiți de experimentul SIDDHARTA-2 care îi oprește într-o țintă de deuteriu (izotopul mai greu al hidrogenului, cu un nucleu compus dintr-un proton și un neutron). Kaonii sunt capturați formând atomul exotic de deuteriu kaonic într-o stare excitată; urmează o cascadă atomică, în urmă căreia kaonii ajung pe nivelul fundamental, unde sunt atât de aproape de nucleu încât intervin pe lângă interacțiunea electromagnetică și cea nucleară tare dintre kaon și nucleu. Măsurând razele X emise în dezexcitarea atomului putem obține informații asupra interacțiunii nucleare, ca de exemplu cât e de intensă? atractivă sau repulsivă?
Pentru a face acest lucru SIDDHARTA-2 folosește detectoare de raze X de siliciu speciale (SDD), dar și o serie de alte detectoare care ajută la curățirea semnalului (veto și trigger).
Ce face SIDDHARTA-2 acum?
La ora actuală, experimentul este în faza avansată de instalare la accelerator, urmând că din luna martie să înceapă delicata măsurătoare care va dura până în 2023.
Între timp, pregătim alte măsurători de atomi kaonici mai grei, cum ar fi plumbul kaonic, cu detectoare de germaniu.
Importanța acestor măsurători se extinde de la fizică particulelor elementare și cea nucleară la astrofizică. Mai precis la stelele de neutroni, care ar putea conține în interior quarci de tip „strange”. Măsurătoarea noastră ajută la înțelegerea interacțiunii dintre aceștia și materia „normală”.
Cu gândul la colegii din Ucraina și la toți ucrainenii!
