fysiker från CERNs Lhcb-samarbete har upptäckt en ny tetraquarkpartikel, med namnet X(6900), bestående av två charmkvarkar och två charm antikvarkar.
X (6900), en tetraquarkpartikel bestående av två charmkvarkar och två charm antikvarkar. Bildkredit: CERN.
kvarkar är punktliknande elementära partiklar som vanligtvis kommer i paket med två (mesoner) eller tre (baryoner), varav de mest kända är protonen och neutronen-var och en är gjord av tre kvarkar.
det finns sex typer — eller smaker — av Kvark att välja mellan: upp, ner, konstigt, charm, botten och topp. Var och en av dessa har också en antimateriell motsvarighet.
i sina grundläggande papper från 1964 föreslog amerikanska fysiker Murray Gell-Mann och George Zweig kvarkmodellen och nämnde möjligheten att lägga till ett Kvark-antikvarkpar till en minimal meson – eller baryonkvarkkonfiguration för att bilda tetra-och pentaquarks.
det tog dock 50 år för fysiker att få entydiga experimentella bevis på förekomsten av dessa exotiska partiklar.
i April 2014 publicerade Lhcb-samarbetet mätningar som visade att Z(4430)+ partikeln består av fyra kvarkar.
ett år senare rapporterade lhcb-fysikerna observationen av två pentaquarks, Pc(4450)+ och Pc(4380)+.
”partiklar som består av fyra kvarkar är redan exotiska, och den vi just har upptäckt är den första som består av fyra tunga kvarkar av samma typ, särskilt två charmkvarkar och två charm antikvarkar”, säger Dr.Giovanni Passaleva, den utgående talesman för Lhcb-samarbetet.
” hittills hade LHCb och andra experiment bara observerat tetraquarks med högst två tunga kvarkar och ingen med mer än två kvarkar av samma typ.”
LHCb-teamet hittade X (6900) tetraquark med hjälp av partikeljakttekniken för att leta efter ett överskott av kollisionshändelser, känd som en ”bump”, över en jämn bakgrund av händelser.
siktning genom hela lhcb-dataset från den första och andra körningen av Large Hadron Collider, som ägde rum från 2009 till 2013 respektive från 2015 till 2018, upptäckte de en bula i massfördelningen av ett par J/megapixelpartiklar, som består av en charm quark och en charm antiquark.
bumpen har en statistisk signifikans av mer än fem standardavvikelser, den vanliga tröskeln för att hävda upptäckten av en ny partikel, och den motsvarar en massa vid vilken partiklar som består av fyra charmkvarkar förutspås existera.
”dessa exotiska tunga partiklar ger extrema och ändå teoretiskt ganska enkla fall för att testa modeller som sedan kan användas för att förklara naturen hos vanliga materiepartiklar, som protoner eller neutroner”, säger Dr.Chris Parkes, den inkommande talesman för Lhcb-samarbetet.
” det är därför väldigt spännande att se dem dyka upp i kollisioner vid Large Hadron Collider för första gången.”
upptäckten beskrivs i ett papper publicerat på arXiv.org preprint server.
R. Aaij et al (Lhcb samarbete). 2020. Observation av strukturen i J/pair-pair mass spectrum. CERN-EP-2020-115, LHCB-papper-2020-011; arXiv: 2006.16957