Νέο σωματίδιο που αποτελείται από 4 quark

Δύο μεγάλες ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες, μία στην Ιαπωνία και μία στην Κίνα, ανακοίνωσαν ότι για πρώτη φορά ανίχνευσαν στους επιταχυντές τους σαφείς ενδείξεις για ένα υποατομικό σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ. Το εν λόγω σωματίδιο, που ονομάστηκε Zc(3900), είναι πιθανό ότι υπήρχε από τις πρώτες στιγμές μετά τη δημιουργία του σύμπαντος με την «Μεγάλη Έκρηξη».
Τα κουάρκ (και τα αντι-κουάρκ που αποτελούν την αντιύλη) είναι τα πιο θεμελιώδη σωματίδια της ύλης και δεν μπορούν να διαιρεθούν περαιτέρω. Συγκροτούν τα μεγαλύτερα στοιχειώδη σωματίδια, τα πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία, με τη σειρά τους, απαρτίζουν τα άτομα. Μέχρι σήμερα, οι φυσικοί θεωρούσαν ότι τα υποατομικά σωματίδια περιέχουν είτε τρία κουάρκ (όπως τα πρωτόνια και νετρόνια), είτε δύο (όπως τα πιόνια και τα καόνια που υπάρχουν στην κοσμική ακτινοβολία).
Κανείς νόμος της Φυσικής δεν απαγορεύει να υπάρχουν περισσότερα κουάρκ μέσα σε ένα σωματίδιο. Η -για πρώτη φορά- πειραματική ανακάλυψη ενός «κουαρτέτου» κουάρκ ανοίγει πιθανώς το δρόμο για την ανακάλυψη και άλλων μορφών «εξωτικής» ύλης.
Οι ανακαλύψεις από το ιαπωνικό εργαστήριο Belle (στον επιταχυντή ΚΕΚ της Τσουκούμπα) και το κινεζικό BESIII, που παρουσιάστηκαν στο περιοδικό φυσικής «Physical Review Letters», σύμφωνα με το «Nature», ήρθαν ως αποτέλεσμα ερευνών στο σωματίδιο Υ(4260), που είχε ανακαλυφθεί το 2005 μετά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων (δηλαδή ύλης και αντιύλης) στους επιταχυντές.
Αυτή τη φορά, οι επιστήμονες βρήκαν ενδείξεις για ένα νέο σωματίδιο με ενέργεια περίπου 3,9 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (σχεδόν τετραπλάσια από το βάρος του πρωτονίου), το οποίο φαίνεται να έχει τέσσερα κουάρκ, ένα ζεύγος κουάρκ και ένα ζεύγος αντικουάρκ. Οι κατοπινές αναλύσεις ενισχύουν την πεποίθηση ότι το νέο σωματίδιο Zc(3900), που έχει ηλεκτρικό φορτίο, είναι μια άγνωστη έως τώρα μορφή ύλης.

«Η ανακάλυψη του σωματιδίου αποτέλεσε μεγάλη έκπληξη», δήλωσε ο φυσικός Ζιτσίνγκ Λίου του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πεκίνου, μέλος του πειράματος Belle. Σύμφωνα με τους επιστήμονες του ιαπωνικού πειράματος, που ανίχνευσαν 159 σωματίδια Zc(3900), η πιθανότητα στατιστικού λάθους στους υπολογισμούς τους είναι μικρότερη από μία στα 3,5 εκατομμύρια. Εξάλλου και το κινεζικό πείραμα BESIII εντόπισε 307 παρόμοια σωματίδια, οπότε η πιθανότητα λάθους απομακρύνεται κι άλλο.

Πάντως, οι ίδιες ερευνητικές ομάδες, καθώς και άλλες ανά τον κόσμο, θα κάνουν περαιτέρω έρευνες για να επιβεβαιώσουν τα ευρήματά αυτά και να αποκλείσουν άλλες πιο συμβατικές πιθανότητες. Η κυριότερη εναλλακτική λύση είναι ότι το Zc(3900) δεν είναι ένα σωματίδιο με ένα «κουαρτέτο» κουάρκ, αλλά στην πραγματικότητα πρόκειται για δύο ζεύγη σωματιδίων (συγκεκριμένα μεσονίων, που το καθένα έχει ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ), ενωμένων μεταξύ τους σε μια δομή σαν μόριο.
Ένας νέος ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων που θα είναι έτοιμος στο πείραμα Belle έως το 2015, αναμένεται να φωτίσει περαιτέρω το ζήτημα.

Πηγή: Καθημερινή

http://physics.aps.org/articles/v6/69

References:
M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration), “Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in e+e−→π+π−J/ψ at s√=4.26  GeV,” Phys. Rev. Lett. 110, 252001 (2013).
Z. Q. Liu et al. (Belle Collaboration), “Study of e+e−→π+π−J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle,” Phys. Rev. Lett. 110, 252002 (2013).
T. Barnes, S. Godfrey, and E. S. Swanson,“Higher Charmonia,” Phys. Rev. D 72, 054026 (2005); E. S. Swanson, “The New Heavy Mesons: A Status Report,” Phys. Rep. 429, 243 (2006).
B. Aubert et al., “Observation of a Broad Structure in the π+π− J/ψ Mass Spectrum around 4.26 GeV/c2,” Phys. Rev. Lett. 95, 142001 (2005).
There are other hints of charged two-quark plus two-antiquark combinations. See A. Bondar et al. (Belle Collaboration), “Observation of Two Charged Bottomoniumlike Resonances in Y(5S) Decays,” Phys. Rev. Lett. 108, 122001 (2012); S.-K. Choi et al. (Belle Collaboration), “Observation of a Resonancelike Structure in the π+−ψ′ Mass Distribution in Exclusive B→Kπ+−ψ′ Decays,” 100, 142001 (2008).

Publications:

Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4.26  GeV
M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 110, 252001 (2013)
Published June 17, 2013 | PDF (free)

Study of e+e-→π+π-J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle
Z. Q. Liu et al. (Belle Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 110, 252002 (2013)
Published June 17, 2013 | PDF (free)

Source: Eric Swanson, University of Pittsburgh

Image: APS/Alan Stonebraker; Institute of High Energy Physics at Beijing