Michelle Starr

5 iulie 2020

Există o nouă particulă subatomică exotică pe zdrobitorul de atomi. Fizicienii care lucrează cu colaborarea CERN pentru marele colector de hadroni (LHCb) au găsit o nouă formă a particulei evazive de patru quark numită tetraquark pe care nu au mai văzut-o până acum.

descoperă

Particula nou identificată este alcătuită din patru quarcuri cu aceeași aromă și este probabil, spun oamenii de știință, să fie primul dintr-o clasă de particule nedescoperită anterior.

Lucrarea care o descrie a fost încărcată în arXiv și încă nu a fost evaluată de colegi, dar se alătură unui număr tot mai mare de dovezi care susțin existența particulelor exotice.

Quarcurile sunt particule elementare care sunt unul dintre elementele fundamentale ale materiei. Protonii și neutronii - particulele subatomice din nucleele atomice care alcătuiesc toată materia vizibilă (inclusiv noi) - conțin fiecare trei quarkuri, legați împreună de forța nucleară puternică.

Particulele care conțin alte configurații, cum ar fi particulele cu patru, cinci și șase quark, sunt mult mai rare (iar particulele cu șase quark sunt încă ipotetice). Aceste tipuri de particule sunt atât de rare încât nu am avut nici măcar o confirmare a existenței tetraquarcurilor până acum doar câțiva ani.

Quarkurile pot fi clasificate în câteva moduri diferite. Există șase tipuri diferite, sau arome - acestea sunt sus, jos, sus, jos, ciudat și farmec. Fiecare dintre aceste arome are propria sa particulă antiquark. Și au mase diferite - quarkii de sus, farmec și jos sunt quarkii „grei”.

Configurarea noului tetraquark face două lucruri pe care nu le-am mai văzut până acum. Se compune din patru quarcuri cu aceeași aromă; și toate cele patru sunt quarkuri grele.

„Particulele alcătuite din patru quarkuri sunt deja exotice, iar cel pe care tocmai l-am descoperit este primul format din patru quarkuri grele de același tip, în special două quarkuri de farmec și două antiquarkuri de farmec”, a spus fizicianul și purtătorul de cuvânt al LHCb. Giovanni Passaleva de la Institutul Național de Fizică Nucleară din Italia.

"Până în prezent, LHCb și alte experimente au observat doar tetraquarkuri cu cel mult două quarkuri grele și niciunul cu mai mult de două quarkuri de același tip."

Particula neobișnuită a fost descoperită revenind înapoi la datele colectate și reținute din cele două curse operaționale ale Large Hadron Collider, mai întâi din 2009 până în 2013 și apoi din 2015 până în 2018 după îmbunătățiri semnificative.

Echipa a analizat aceste date folosind o nouă tehnică de căutare a particulelor noi care implică căutarea unui exces în evenimentele de coliziune. Cercetătorii au descoperit acest exces pentru un tip de particulă numit mezon J /, care constă din doi quark - un quark farmec și un antiquark farmec.

J/ψ mezonul este, la fel ca toți mezonul, instabil; se descompun în mai puțin de o zeptosecundă, ceea ce înseamnă că sunt provocatori să detecteze direct. Ceea ce putem detecta este particulele de muoni în care se descompun mezonii J /, și deduc prezența lor în acest fel.

Dar dușurile de particule de muoni pe care echipa le-a detectat erau prea energice pentru simpla descompunere a mezonilor J/ψ. Interesant, totuși, au avut dreptate în mijlocul intervalului energetic prevăzut pentru tetraquarkuri complet fermecate (deoarece tipul de particulă este destul de fermecător cunoscut), în pragul de deviație standard pentru a pretinde descoperirea unei noi particule.

În acest moment, este încă neclar cum sunt structurate tetraquarcurile. Este posibil să fie adevărate tetraquark-uri, formate din patru quark-uri strâns legate între ele. Dar este, de asemenea, posibil ca acestea să fie formate din perechi de particule slab legate de doi quark.

Aceeași posibilitate este valabilă și pentru pentaquark și hexaquark - că acestea constau din perechi legate de particule mai mici, mai degrabă decât o particulă strâns legată.

Descoperirea mai multor particule exotice - și a mai multor tipuri de particule exotice, cum ar fi această nouă descoperire - ar putea ajuta la dezlegarea acestui mister. La rândul său, acest lucru ar putea arunca mai multă lumină asupra forței nucleare puternice care leagă quarkurile în protoni și neutroni, permițând existența materiei.

„Aceste particule grele exotice oferă cazuri extreme și totuși teoretic destul de simple cu care se pot testa modele care pot fi apoi utilizate pentru a explica natura particulelor obișnuite de materie, cum ar fi protoni sau neutroni”, a declarat fizicianul de particule și noul purtător de cuvânt al LHCb, Chris Parkes, de la Universitate. din Manchester în Marea Britanie.

"Prin urmare, este foarte interesant să le vezi apărând în coliziuni la LHC pentru prima dată."

Lucrarea echipei este disponibilă pe site-ul pre-print arXiv.