fizycy z LHCb CERN odkryli nową cząstkę tetrakwarku, nazwaną X (6900), złożoną z dwóch kwarków czar i dwóch antykwarków czar.
X(6900), cząstka tetrakwarku złożona z dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych. Zdjęcie: CERN.
kwarki to punktowe cząstki elementarne, które zwykle występują w pakietach po dwa (mezony) lub trzy (bariony), z których najbardziej znane to proton i neutron-każdy zbudowany jest z trzech kwarków.
do wyboru jest sześć rodzajów — lub smaków — kwarków: góra, dół, dziwne, urok, dół i Góra. Każda z nich ma również odpowiednika antymaterii.
w swoich podstawowych pracach z 1964 roku amerykańscy fizycy Murray Gell-Mann i George Zweig zaproponowali model kwarków i wspomnieli o możliwości dodania pary kwark-antykwark do minimalnej konfiguracji kwarków mezonowych lub barionowych w celu utworzenia tetra – i pentakwarków.
fizykom zajęło jednak 50 lat uzyskanie jednoznacznych dowodów eksperymentalnych na istnienie tych egzotycznych cząstek.
w kwietniu 2014 roku współpraca LHCb opublikowała pomiary, które wykazały, że cząstka Z(4430)+ składa się z czterech kwarków.
rok później fizycy z LHCb donieśli o obserwacji dwóch pentakwarków, Pc (4450)+ i Pc(4380)+.
„cząstki składające się z czterech kwarków są już egzotyczne, a ten, który właśnie odkryliśmy, jest pierwszym, który składa się z czterech ciężkich kwarków tego samego typu, w szczególności dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych”, powiedział dr Giovanni Passaleva, odchodzący rzecznik współpracy LHCb.
” do tej pory LHCb i inne eksperymenty obserwowały tylko tetrakwarki z najwyżej dwoma ciężkimi kwarkami i żaden z więcej niż dwoma kwarkami tego samego typu.”
zespół LHCb znalazł czworokąt X(6900) wykorzystując technikę polowania na cząstki, szukając nadmiaru zdarzeń zderzeniowych, znanych jako „bump”, na gładkim tle zdarzeń.
przesiewając pełne zbiory danych LHCb z pierwszego i drugiego cyklu Wielkiego Zderzacza Hadronów, które miały miejsce odpowiednio w latach 2009-2013 i 2015-2018, wykryli oni przesunięcie w rozkładzie masy pary cząstek j/ψ, które składają się z kwarku powabnego i antykwarku powabnego.
bump ma statystyczną istotność więcej niż pięciu odchyleń standardowych, Zwykle próg twierdzenia o odkryciu nowej cząstki, i odpowiada masie, przy której przewiduje się istnienie cząstek złożonych z czterech kwarków powabnych.
„te egzotyczne ciężkie cząstki zapewniają ekstremalne, ale teoretycznie dość proste przypadki, za pomocą których można przetestować modele, które można następnie wykorzystać do wyjaśnienia natury zwykłych cząstek materii, takich jak protony lub neutrony”, powiedział dr Chris Parkes, rzecznik współpracy LHCb.
” jest więc bardzo ekscytujące, aby zobaczyć je pojawiają się w zderzeniach w Wielkim Zderzaczu Hadronów po raz pierwszy.”
odkrycie opisane jest w artykule zamieszczonym na arXiv.org serwer preprint.
R. Aaij i wsp. (Współpraca LHCb). 2020. Obserwacja struktury w widmie masowym pary j / ψ. CERN-EP-2020-115, LHCb-PAPER-2020-011; arXiv: 2006.16957