Ilustracja nowo odkrytego pentakwarka

W LHC odkryto nowe egzotyczne cząstki elementarne

Naukowcy z eksperymentu LHCb odkryli trzy nowe egzotyczne cząstki elementarne. Udało się zaobserwować nowy rodzaj pentakwarka i pierwszą w historii parę tetrakwarków.

LHCb to jeden z siedmiu eksperymentów używających detektorów cząstek elementarnych do gromadzenia danych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Zaobserwowano w nim nigdy wcześniej niewidziane cząstki: zupełnie nowy rodzaj pentakwarka i parę tetrakwarków. Dołączają one do dość pokaźnego grona hadronów odkrytych w LHC.

Po co nam nowe cząstki?

Zgodnie z obowiązującymi prawami fizyki, kwarki są opisywane przez zestaw charakterystycznych wielkości zwanych liczbami kwantowymi. Istnieje sześć różnych kwarków: górny, dolny, dziwny, powabny, dolny, górny, które grupują się po 2-3 i tworzą hadrony (protony i neutrony). Mogą jednak łączyć się w większe skupiska – cząstki czterokwarkowe (tetrakwarki) i pięciokwarkowe (pentakwarki). Fizycy przewidzieli ich istnienie ponad 60 lat temu, ale dopiero w ostatnich dekadach zaczęły one pojawiać się w eksperymentach.

Czytaj też: Nowe cząstki elementarne? Naukowcy z CERN na coś trafili

W LHCb odkryto różne rodzaje egzotycznych hadronów, m.in. dwa lata temu tetrakwarki składające się z dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych oraz dwa tetrakwarki „otwarte”, zbudowane z antykwarka powabnego, górnego i dolnego. Możliwości konfiguracji cząstek wielokwarkowych jest naprawdę sporo, ale nie wszystkie udało się już namierzyć.

Teraz w LHCb odkryto zupełnie nowe hadrony. Pierwszy zaobserwowano podczas analizy rozpadów naładowanych ujemnie mezonów B – pentakwark zbudowany z kwarka powabnego i antykwarka powabnego oraz kwarka górnego, dolnego i dziwnego. To pierwszy w historii pentakwark zawierający kwark dziwny. Druga nowa cząsteczka to tetrakwark złożony z kwarka powabnego, antykwarka dziwnego, kwarka górnego i antykwarka dolnego – również jest pierwszym zaobserwowanym w swoim rodzaju.

Im więcej analiz wykonujemy, tym więcej rodzajów egzotycznych hadronów znajdujemy. Jesteśmy świadkami okresu odkryć podobnych do lat 50. ubiegłego wieku, kiedy zaczęto odkrywać „cząsteczkowe zoo” hadronów, które ostatecznie doprowadziło do powstania kwarkowego modelu konwencjonalnych hadronów w latach 60. Tworzymy „cząsteczkowe zoo 2.0”.Niels Tuning, koordynator fizyki LHCb
Znalezienie nowych rodzajów tetrakwarków i pentakwarków oraz zmierzenie ich własności pomoże teoretykom opracować zunifikowany model egzotycznych hadronów, których dokładna natura jest w dużej mierze nieznana. Pomoże to również lepiej zrozumieć konwencjonalne hadrony.Chris Parkes, rzecznik LHCb