La corrente comprensione della struttura dello spin dei protoni è stata riassunta in un libro per la prima volta. Il libro esamina i tentativi di risolvere i più grandi misteri della fisica. Modelli ed esperimenti ad oggi non sono riusciti a spiegare adeguatamente una proprietà fondamentale dello spin dei protoni. Pubblicato dal Dr.Steven Bass come parte di un progetto dell'Austrian Science Fund FWF, il libro raccoglie oltre 1000 pubblicazioni e i risultati di un programma globale di ricerca su questo fenomeno.
Molte particelle ruotano attorno al proprio asse come trottole. Tuttavia, questo spin ha una influenza fondamentale sulle proprietà della particella e quindi sul nostro mondo. Le interazioni fisiche nelle dimensioni quantistiche significano che lo spin è responsabile del momento magnetico dei protoni e quindi della stabilità dell'universo. E' una forza davvero fondamentale. Questo rende ancora più sorprendente che gli esperimenti abbiano fino ad ora fallito nell'identificare l'origine del 30% dello spin del protone.
Dottor Spin
Il Dr.Steven Brass, dell'Institute of Theoretical Physics alla University of Innsbruck e ricercatore al CERN (European Organisation of Nuclear Research), ha riassunto la comprensione che abbiamo di questa discrepanza in un nuovo libro. Oltre a riferirsi a 1000 pubblicazioni sulla teoria dello spin, presenta anche i risultati di un programma di ricerca mondiale, effettuato con gli acceleratori di particelle del CERN, al DESY (German Electron Synchroton), al BNL (Brookhaven National Laboratory), al JLab (Jefferson Laboratory) e allo SLAC (Stanford Linear Accelerator Centre).
Il Dr.Bass scrive sullo spin mancante: “I protoni sono combinazioni di entità più fondamentali dette quark e gluoni. Ogni protone è composto da tre quark legati dai gluoni. Come i protoni, i quark e i gluoni ruotano. La rotazione o spin del protone è quindi generata dallo spin delle sue parti costituenti. Per esempio, i modelli attuali affermano che il 60% dello spin di un protone debba avere origine dallo spin dei quark. Il restante 40% deriverebbe da altri tipi di movimento prodotto dai quark nel protone. Tuttavia, gli esperimenti eseguiti con alcuni dei più avanzati acceleratori di particelle nel mondo, indicano che un massimo del 30% dello spin del protone ha origine dallo spin dei quark. Quindi da dove viene il resto?
Il suddetto programma di ricerca mondiale è iniziato ed è stata pubblicata un'ampia gamma di calcoli per cercare la risposta. Questi sforzi ora iniziano a dare frutti e sono questi i risultati che il Dr.Bass inserisce nel libro.
Ipotesi – interpretazione non precisa
I risultati sembravano inizialmente indicare che l'apparente discrepanza fosse il risultato di una interpretazione imprecisa, in altre parole, che in realtà non ci fosse discrepanza. La teoria dietro a questa ipotesi dice che lo spin dei gluoni, le particelle che legherebbero i quark assieme, scherma lo spin dei quark in proporzione alla polarizzazione dei gluoni. Questo influenzerebbe ogni tentativo di misurare lo spin dei quark e distorcerebbe i calcoli, ma l'idea era valida finchè altri esperimenti non hanno prodotto dati contrari ad essa. Questi dati mostrano che la polarizzazione dei gluoni non è abbastanza forte da giustificare il 30% “mancante” dello spin dei quark. Tuttavia, calcoli derivanti da misure ancora più precise, sono attesi a breve e forniranno nuove scoperte o smentiranno quelle esistenti.
Il risultato è che dobbiamo costantemente riesaminare la nostra comprensione sul cosa tenga assieme i protoni e quindi l'universo. Il Dr.Bass, che guida anche un progetto FWF su questo soggetto, pensa di conseguenza che il suo libro sia stato pubblicato nel momento giusto: “I risultati di nuove e più accurate misure necessitano una analisi alla luce della comprensione più recente. Io spero che questo libro possa essere d'aiuto in qualche modo a tale scopo.”
Riferimento: The Spin Structure of the Proton. By Steven D Bass, Publisher World Scientific, ISBN 978-981-270-9479.
(Dicembre 2007)
Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Immagine: http://www.quantumdiaries.org/2012/01/20/thats-right-count-them-4-quarks/
Fonte: http://www.fwf.ac.at/en/public_relations/press/pv200712-en.html
Documenti scientifici: http://arxiv.org/pdf/hep-ph/0411005v2.pdf http://arxiv.org/pdf/1209.2803v1.pdf