Dokładniej rzecz ujmując, fizycy poszukiwali Y(2175), czyli tajemniczego stanu związanego z tzw. strangeonium, a więc układami zawierającymi kwark dziwny i jego antycząstkę. Kandydat ten po raz pierwszy pojawił się w dyskusjach w 2006 roku za sprawą eksperymentu BaBar, a późniejsze badania prowadzone między innymi w Chinach i Japonii dostarczyły kolejnych dowodów na jego istnienie. Jego dokładna natura wciąż pozostaje jednak przedmiotem dyskusji.
Czytaj też: Wieloryby zachowują się tak, jakby prawa fizyki ich nie obowiązywały. To przykład niezwykłego zjawiska
Y(2175), znany również jako φ(2170), jest interesujący przede wszystkim dlatego, że jego właściwości nie da się łatwo wyjaśnić jako zwykłego układu kwark-antykwark. Jedna z hipotez zakłada, iż może być mezonem hybrydowym, w którego strukturze istotną rolę odgrywają wzbudzone gluony, czyli cząstki przenoszące oddziaływanie silne. Inne możliwości obejmują między innymi cząstkę zbudowaną z czterech kwarków albo układ przypominający cząsteczkę złożoną z innych hadronów.
Tym razem naukowcy postanowili sprawdzić, czy Y(2175) można zaobserwować w zupełnie innym procesie. Zamiast zderzeń elektronów i pozytonów wykorzystali wysokoenergetyczne fotony, które kierowali na protony. Wiązka powstawała dzięki akceleratorowi CEBAF. Elektrony ulegały przekształcaniu w fotony za pomocą bardzo cienkiej płytki diamentowej, a następnie miliony wysokoenergetycznych fotonów na sekundę trafiały w ciekły wodór. Produkowane w wyniku zderzeń cząstki rejestrował rozbudowany detektor GlueX.
Ku zaskoczeniu badaczy poszukiwany sygnał Y(2175) nie pojawił się w oczekiwanym miejscu. Dane ujawniły natomiast dwie inne struktury. Pierwsza znajduje się w okolicach 2,24 GeV i otrzymała oznaczenie Y(2240), natomiast druga pojawia się przy masie około 1,82 GeV i została oznaczona jako X(1830). Obie znajdują się w podobnym obszarze masowym, w którym fizycy od lat obserwują trudne do sklasyfikowania stany XYZ.
Najbardziej interesujący jest sygnał Y(2240). Osiągnął on istotność statystyczną na poziomie około pięciu sigma, czyli standard w fizyce cząstek wystarczający do ogłoszenia odkrycia. Oznacza to, że prawdopodobieństwo uzyskania takiego wyniku wyłącznie w wyniku przypadkowej fluktuacji danych jest niezwykle małe. Druga struktura, X(1830), osiągnęła istotność około trzech sigma, dlatego wymaga jeszcze dodatkowych obserwacji.
Czytaj też: Naukowcy zajrzeli do wnętrza kwantowego świata. Zweryfikowali to, o czym debatowali od lat
Odkrycie jest ważne, ponieważ fizycy od początku XXI wieku gromadzą coraz więcej nietypowych hadronów, których nie można jednoznacznie przypisać do tradycyjnych kategorii przewidywanych przez model kwarkowy. Zjawisko to bywa określane mianem zoo cząstek egzotycznych. Nowe struktury mogą pomóc ustalić, jakie konfiguracje kwarków i gluonów rzeczywiście występują w naturze. Naukowcy podkreślają jednak, iż odkrycie nie kończy zagadki. Kolejne eksperymenty będą musiały sprawdzić, czy Y(2240) i X(1830) są rzeczywiście nowymi cząstkami, czy też przejawami bardziej złożonych procesów zachodzących podczas zderzeń. Konieczne będzie również określenie ich właściwości kwantowych i struktury wewnętrznej.
Źródło: Physical Review Letters
