Dedic acest articol colegilor și populației din Ucraina.
Detectorul de silicon (Silicon Drift Detectors - SDD), care execută măsurători spectroscopice de mare precizie
Studiul atomilor exotici este foarte important pentru a înțelege interacțiunea nucleară tare. În acest context proiectul de cercetare SIDDHARTA-2 la acceleratorul DAFNE de la Frascati, Italia, are un obiectiv ambițios: prima măsurare a deuteriului kaonic, un atom în care electronii sunt înlocuiți de kaoni, particule care conțin un quarc „strange”.
Proiectul colaborativ SIDDHARTA-2
De ani de zile, cu grupul pe care îl conduc la laboratorul italian de la Frascati (INFN-LNF), ne pregătim să facem prima măsurare a razelor X emise de atomi exotici (deuteriul kaonic) pentru a înțelege mai bine interacțiunea nucleară tare în sisteme care conțin quarcuri stranii.
Colaborarea este între grupuri de cercetători din lumea întreagă: Italia, România, Austria, Croația, Polonia, Japonia, Germania, Spania, și, recent, un coleg din Ucraina, cu finanțare de la institute și universități din lumea întreagă, dar și de la proiectul european STRONG-2020 (GA 824093). Lucrăm împreună, suntem ca o familie și cred că suntem și un exemplu cum se poate colabora cu obiective comune, adică înțelegerea legilor 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: atomii miuonici, în care un miuon cu sarcina negativă înlocuiește electronul; atomii 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. În acest caz electronii sunt înlocuiți de kaoni, particule care fac parte din clasa mezonilor, particule compuse dintr-un quarc și un anticuarc. În cazul kaonilor cu sarcină electrică negativă quarcul este „strange”, iar antiquarcul de tip anti-up.
→ Dacă nu ești familiarizat cu denumirile particulelor elementare și diferitele caracteristici ale acestora, citește articolul nostru dedicat acestui subiect ori / și pe cel despre modelului standard al particulelor elementare.
Kaonii sunt generați la acceleratorul DAFNE de la Frascati, Italia, în urma coliziunilor între electroni și pozitroni (antiparticula electronului). În cadrul acestor coliziuni electronii se anihilează cu pozitronii, generând mezonul φ (fi), 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 sarcină negativă sunt folosiți de proiectul 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 urma căreia kaonii ajung pe nivelul fundamental (nivelul de energie cea mai joasă), unde sunt atât de aproape de nucleu, încât este prezentă, pe lângă interacțiunea electromagnetică, și interacțiunea nucleară tare dintre kaon și nucleu.
Măsurând razele X emise în dezexcitarea atomului putem obține informații despre interacțiunea nucleară: cât e de intensă? Este de atracție sau de respingere? 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?
În prezent proiectul SIDDHARTA-2 este în fază avansată de instalare la accelerator, urmând că din luna martie să înceapă delicatul proces de măsurare 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 fizica particulelor elementare și cea nucleară la astrofizică: mai precis stelele neutronice, care ar putea conține în interior quarcuri de tip „strange”; măsurătoarea noastră ajută la înțelegerea interacțiunii dintre aceștia și materia „normală”.
