Eksperyment LHCb w CERN zaobserwował egzotyczne pentakwarki

Data dodania: czwartek, 16 lipca 2015, autor: nuclear.pl

Eksperyment LHCb na Wielkim Zderzaczu Hadronów (ang. LHC) w CERN ogłosił we wtorek na łamach czasopisma Physical Review Letters odkrycie nowego rodzaju cząstek, określanych wspólnie mianem pentakwarków.

- Pentakwarki to nie po prostu kolejna nowo zaobserwowana cząstka - powiedział leader zespołu LHCb Guy Wilkinson. - Są zupełnie nowym rodzajem połączenia kwarków, czyli podstawowych składników protonów i neutronów, w sposób nigdy dotąd niezaobserwowany, pomimo ponad pięćdziesięciu lat poszukiwań. Poznanie ich własności może nam pomóc w zrozumieniu jak zbudowana jest zwykła materia z której wszyscy się składamy - wyjaśnił naukowiec.

Nasze zrozumienie struktury materii zostało zrewolucjonizowane w 1964 roku, kiedy to amerykański fizyk Murray Gell-Mann zasugerował że cząstki znane jako baryony, takie jak protony i neutrony, składają się z trzech obiektów o ułamkowym ładunku zwanych kwarkami, a inna kategoria cząstek zwanych mezonami złożone są z kwarku i anty-kwarku. Za swoją pracę Gell-Mann dostał Nagrodę Nobla w 1969 roku. Model kwarków dopuszczał również istnienie innego zlepka kwarków, a mianowicie pentakwarków składających się z czterech kwarków i jednego anty-kwarku. Jednak, jak dotąd, eksperymentalnie nie zaobserwowano żadnego świadectwa ich istnienia.

Naukowcy ze współpracy LHCb poszukiwali pentakwarków badając rozpady barionu znanego pod nazwą Λb (Lambda b) na trzy cząstki, J/Ψ (J-psi), proton i naładowany kaon. Obserwacja widma masy układu J/Ψ i protonu pokazała, że tworzy on czasami pośrednie stany związane. Zostały nazwane Pc(4450)+ and Pc(4380)+, przy czym pierwszy tworzył wyraźne maksimum w rozkładzie, a drugi był konieczny aby opisać resztę obserwowanego spektrum.

- Korzystając z ogromnej ilości danych które zapewnia akcelerator LHC i dzięki wyśmienitej dokładności naszego detektora przebadaliśmy wszystkie możliwe scenariusze dotyczące tych sygnałów i doszliśmy do wniosku, że mogą być wytłumaczone jedynie przez istnienie pentakwarków - tłumaczy fizyk LHCb z amerykańskiego Uniwersytetu Syracuse Tomasz Skwarnicki. - Dokładniej, zaobserwowane stany muszą się składać z dwóch kwarków górnych, jednego dolnego, jednego powabnego i jednego anty-powabnego - dodał.

Wcześniejsze eksperymenty poszukujące pentakwarków okazały się niekonkluzywne. To co wyróżnia LHCb, to możliwość poszukiwania pentakwarków na bardzo wiele sposobów, z których wszystkie prowadzą do zgodnego wniosku. To trochę tak jakby poprzednie generacje eksperymentów poszukiwały sylwetki w ciemnościach, podczas gdy LHCb potrafił włączyć pełne światła i patrzeć równocześnie z wielu kierunków. Następnym etapem analizy będzie zbadanie w jaki sposób kwarki łączą się by stworzyć pentakwark.

- Kwarki mogą być albo ściśle związane, albo mogą być połączone luźno w czymś w rodzaju cząsteczki baryonowo-mezonowej, związanej resztkowym oddziaływaniem silnym takim, jak to które łączy protony i neutrony tworzące jądra atomowe - mówi fizyk LHCb Liming Zhang z Uniwersytetu Tsinghua.

Dalsze badania powinny przynieść rozstrzygniecie z którym przypadkiem mamy do czynienia, jak również odsłonić dalsze tajemnice pentakwarków. Nowe dane, które LHCb zbierze podczas drugiego okresu działanie LHC pozwolą znaleźć odpowiedzi na kolejne pytania.