Το πείραμα LHCb ανακαλύπτει τρία νέα εξωτικά σωματίδια

Η διεθνής ερευνητική ομάδα LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ανίχνευσε τρία σωματίδια που δεν είχαν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα: ένα νέο είδος «πεντακουάρκ» και το πρώτο ζεύγος «τετρακουάρκ» που επιπλέον σύνισταται από νέο είδος τετρακουάρκ. Έτσι, προστίθενται τρία καινούργια εξωτικά μέλη στον αυξανόμενο κατάλογο των νέων αδρονίων που ανακαλύφθηκαν στον LHC. Η μελέτη τους θα βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα πώς συνδυάζονται μεταξύ τους τα κουάρκ σχηματίζοντας αυτά τα σύνθετα σωματίδια.

Τα κουάρκ είναι στοιχειώδη σωματίδια και συνήθως συνδυάζονται μεταξύ τους σε ομάδες δύο ή τριών για να σχηματίσουν αδρόνια, όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια των ατομικών πυρήνων. Πιο σπάνια, ωστόσο, μπορούν να συνδυαστούν σε σωματίδια τεσσάρων ή και πέντε κουάρκ, που ονομάζονται «τετρακουάρκ» ή «πεντακουάρκ» αντίστοιχα. Αυτά τα εξωτικά αδρόνια είχαν προβλεφθεί από τους θεωρητικούς μαζί με τα συμβατικά αδρόνια, πριν από περίπου έξι δεκαετίες, αλλά μόλις τα τελευταία 20 χρόνια, παρατηρήθηκαν από το πείραμα LHCb και άλλα πειράματα.

Τα περισσότερα από τα εξωτικά αδρόνια που ανακαλύφθηκαν τις τελευταίες δύο δεκαετίες είναι τετρακουάρκ ή πεντακουάρκ και περιέχουν ένα γοητευτικό κουάρκ και ένα γοητευτικό αντικουάρκ, με τα υπόλοιπα δύο ή τρία κουάρκ να είναι πάνω, κάτω ή παράξενο κουάρκ ή τα αντικουάρκ τους. Όμως τα τελευταία δύο χρόνια, το πείραμα LHCb ανακάλυψε διαφορετικά είδη εξωτικών αδρονίων. Πριν από δύο χρόνια, το LHCb ανακάλυψε ένα «ανοιχτά γοητευτικό» τετρακουάρκ που αποτελείται από δύο γοητευτικά κουάρκ και δύο γοητευτικά αντικουάρκ και δύο τετράκουαρκ που αποτελούνται από ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα πάνω, ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο αντικουάρκ. Και πέρυσι ανακάλυψαν το πρώτο «διπλά ανοιχτό γοητευτικό» τετρακουάρκ από δύο γοητευτικά κουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω αντικουάρκ. «Ανοιχτή γοητεία» σημαίνει ότι το σωματίδιο περιέχει ένα γοητευτικό κουάρκ χωρίς το αντίστοιχο αντικουάρκ.

Οι τωρινές ανακαλύψεις που ανακοίνωσε η συνεργασία LHCb περιλαμβάνουν νέα είδη εξωτικών αδρονίων. Το πρώτο είδος, που παρατηρήθηκε σε μια ανάλυση «διασπάσεων» αρνητικά φορτισμένων μεσονίων Β, είναι το πεντακουάρκ PΛψs(4338)0 που συνίσταται από ένα γοητευτικό κουάρκ και ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο κουάρκ. Είναι το πρώτο πεντακουάρκ που βρέθηκε να περιέχει ένα παράξενο κουάρκ. Η στατιστική ακρίβεια του ευρήματος είναι 15 σίγμα, πολύ περισσότερο από τα 5 σίγμα που απαιτούνται για να διεκδικήσουμε την παρατήρηση ενός σωματιδίου στη σωματιδιακή φυσική.

Μια καλλιτεχνική απεικόνιση του νέου πεντακουάρκ, ως ζεύγος αδρονίων χαλαρά συνδεδεμένων μεταξύ τους σε μια δομή που μοιάζει με μόριο. Συνίσταται από ένα γοητευτικό κουάρκ, ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα άνω και ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο κουάρκ.

Το δεύτερο είδος είναι ένα ζεύγος τετρακουάρκ που συνίσταται: από το ‘ανοιχτά γοητευτικό’ φορτισμένο τετρακουάρκ Tacs0(2900)++ που αποτελείται από ένα γοητευτκό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω κουάρκ και ένα κάτω αντικουάρκ, που εντοπίστηκε μαζί με το αντίστοιχο ουδέτερο τετρακουάρκ Tacs0(2900)0 σε μια κοινή ανάλυση διασπάσεων θετικά φορτισμένων και ουδέτερων μεσονίων Β. Τα νέα τετρακουάρκ, που παρατηρήθηκαν με στατιστική ακρίβεια 6,5σ (το φορτισμένο σωματίδιο) και 8σ (το ουδέτερο σωματίδιο), αντιπροσωπεύουν την πρώτη παρατήρηση ζεύγους τετρακουάρκ.

Καλλιτεχνική απεικόνιση των δύο νέων τετρακουάρκ.Το ένα από τα σωματίδια αποτελείται από ένα γοτευτικό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω κουάρκ και ένα κάτω αντίκουάρκ (αριστερά), Το άλλο αποτελείται από ένα γοητευτικό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω κουάρκ (δεξιά)

Σύμφωνα με τον φυσικό του LHCb Niels Tuning, ‘όσο περισσότερες αναλύσεις κάνουμε, τόσο περισσότερα είδη εξωτικών αδρονίων ανακαλύπτουμε. Είμαστε μάρτυρες μιας περιόδου ανακαλύψεων παρόμοια με τη δεκαετία του 1950, όταν ένας «ζωολογικός κήπος αδρονίων» άρχισε να ανακαλύπτεται και τελικά οδήγησε στο μοντέλο κουάρκ των συμβατικών αδρονίων τη δεκαετία του 1960. Δημιουργούμε τον «ζωολογικό κήπο σωματιδίων 2.0»’.

Η εύρεση νέων ειδών τετρακουάρκ και πεντακουάρκ και η μέτρηση των ιδιοτήτων τους θα βοηθήσει τους θεωρητικούς να αναπτύξουν ένα ενοποιημένο μοντέλο εξωτικών αδρονίων, η ακριβής φύση των οποίων είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστη. Θα βοηθήσει επίσης στην καλύτερη κατανόηση των συμβατικών αδρονίων.

Ενώ ορισμένα θεωρητικά μοντέλα περιγράφουν τα εξωτικά αδρόνια ως μεμονωμένες μονάδες στενά συνδεδεμένων κουάρκ, σε άλλα μοντέλα θεωρούνται ως ζεύγη τυπικών αδρονίων χαλαρά συνδεδεμένα σε μια δομή που μοιάζει με μόριο. Οι μελλοντικές έρευνες θα δείξουν ποιό από τα μοντέλα είναι σωστό.

πηγή: https://home.cern/news/news/physics/lhcb-discovers-three-new-exotic-https://physicsgg.me/