fysikere fra CERNs LHCb-samarbejde har opdaget en ny tetrakvarkpartikel, der hedder h(6900), sammensat af to charme kvarker og to charme antikvarker.
* (6900), en tetrakvarkpartikel sammensat af to charmekvarker og to charme antikvarker. Billedkredit: CERN.
kvarker er punktlignende elementære partikler, der typisk kommer i pakker med to (mesoner) eller tre (baryoner), hvoraf de mest kendte er proton og neutron-hver er lavet af tre kvarker.
der er seks typer — eller smag — af kvark at vælge imellem: op, ned, mærkelig, charme, bund og top. Hver af disse har også en antimatter modstykke.
i deres grundlæggende 1964-papirer foreslog amerikanske fysikere Murray Gell-Mann og George Vvig kvarkmodellen og nævnte muligheden for at tilføje et kvark – antikvark-par til en minimal Meson-eller baryon-kvarkkonfiguration for at danne tetra-og pentakvarker.
det tog dog 50 år for fysikere at opnå entydige eksperimentelle beviser for eksistensen af disse eksotiske partikler.
i April 2014 offentliggjorde LHCb-samarbejdet målinger, der viste, at partiklen(4430)+ består af fire kvarker.
et år senere rapporterede LHCb-fysikerne observationen af to pentakvarker, Pc(4450)+ og Pc(4380)+.
“partikler, der består af fire kvarker, er allerede eksotiske, og den, vi netop har opdaget, er den første, der består af fire tunge kvarker af samme type, specifikt to charme kvarker og to charme antikvarker,” sagde Dr. Giovanni Passaleva, den udgående talsmand for LHCb-samarbejdet.
“indtil nu havde LHCb og andre eksperimenter kun observeret tetrakvarker med højst to tunge kvarker og ingen med mere end to kvarker af samme type.”
LHCb-teamet fandt 6900-tetrakvarken ved hjælp af partikeljagtteknikken til at lede efter et overskud af kollisionshændelser, kendt som en ‘bump’, over en glat baggrund af begivenheder.
sigtning gennem de fulde LHCb-datasæt fra den første og anden kørsel af Large Hadron Collider, der fandt sted fra henholdsvis 2009 til 2013 og fra 2015 til 2018, opdagede de en bump i massefordelingen af et par J/prisT-partikler, der består af en charme kvark og en charme antikvark.
bumpen har en statistisk signifikans på mere end fem standardafvigelser, den sædvanlige tærskel for at hævde opdagelsen af en ny partikel, og den svarer til en masse, hvor partikler sammensat af fire charmekvarker forudsiges at eksistere.
“disse eksotiske tunge partikler giver ekstreme og alligevel teoretisk ret enkle tilfælde til at teste modeller, der derefter kan bruges til at forklare arten af almindelige stofpartikler, som protoner eller neutroner,” sagde Dr. Chris Parkes, den indkommende talsmand for LHCb-samarbejdet.
“det er derfor meget spændende at se dem vises i kollisioner på Large Hadron Collider for første gang.”
opdagelsen er beskrevet i et papir udgivet på arXiv.org preprint server.
R. Aaij et al (LHCb samarbejde). 2020. Observation af struktur i J / kurpar massespektret. CERN-EP-2020-115, LHCb-papir-2020-011; arkiv: 2006.16957