Aktualności

Eksperyment LHCb na Wielkim Zderzaczu Hadronów (ang. LHC)  w CERN ogłosił  na łamach czasopisma Physical Review Letters odkrycie nowego rodzaju cząstek, określanych wspólnie mianem pentakwarków.

„Pentakwarki to nie po prostu kolejna nowo zaobserwowana cząstka,” powiedział leader  zespołu LHCb Guy Wilkinson. „Są zupełnie nowym rodzajem połączenia kwarków, czyli podstawowych składników protonów i neutronów, w sposób nigdy dotąd niezaobserwowany, pomimo ponad pięćdziesięciu lat poszukiwań. Poznanie ich własności może nam pomóc w zrozumieniu jak zbudowana jest zwykła materia z której wszyscy się składamy.”

Nasze zrozumienie struktury materii zostało zrewolucjonizowane w 1964 roku, kiedy to amerykański fizyk Murray Gell-Mann zasugerował że cząstki znane jako baryony, takie jak protony i neutrony, składają się z trzech obiektów o ułamkowym ładunku zwanych kwarkami, a inna kategoria cząstek zwanych mezonami złożone są z kwarku i anty-kwarku.  Za swoją pracę Gell-Mann dostał Nagrodę Nobla w 1969 roku. Model kwarków dopuszczał również istnienie innego zlepka  kwarków, a mianowicie pentakwarków składających się z czterech kwarków i jednego anty-kwarku. Jednak, jak dotąd, eksperymentalnie nie zaobserwowano żadnego świadectwa ich istnienia.

Naukowcy ze współpracy LHCb poszukiwali pentakwarków badając rozpady barionu znanego pod nazwą L_b (Lambda b) na trzy cząstki, J/y (J-psi), proton i naładowany kaon. Obserwacja widma masy układu J/y i protonu pokazała, że tworzy on czasami pośrednie stany związane.  Zostały nazwane P_c(4450)⁺ and P_c(4380)⁺, przy czym pierwszy tworzył wyraźne maksimum w rozkładzie, a drugi był konieczny aby opisać resztę obserwowanego spektrum.

„Korzystając z ogromnej ilości danych które zapewnia akcelerator LHC i dzięki wyśmienitej dokładności naszego detektora przebadaliśmy wszystkie możliwe scenariusze dotyczące tych sygnałów i doszliśmy do wniosku, że mogą być wytłumaczone jedynie przez istnienie pentakwarków,” tłumaczy fizyk LHCb z amerykańskiego Uniwersytetu Syracuse Tomasz Skwarnicki. „Dokładniej, zaobserwowane stany muszą się składać z dwóch kwarków górnych, jednego dolnego, jednego powabnego i jednego anty-powabnego.”

Wcześniejsze eksperymenty poszukujące pentakwarków okazały się niekonkluzywne. To co wyróżnia LHCb, to możliwość poszukiwania pentakwarków na bardzo wiele sposobów, z których wszystkie prowadzą do zgodnego wniosku. To trochę tak jakby poprzednie generacje eksperymentów poszukiwały sylwetki  w ciemnościach, podczas gdy LHCb potrafił włączyć pełne światła i patrzeć równocześnie z wielu kierunków. Następnym etapem analizy będzie zbadanie w jaki sposób kwarki łączą się by stworzyć pentakwark.

„Kwarki mogą być albo ściśle związane,” mówi fizyk LHCb Liming Zhang z Uniwersytetu Tsinghua, „albo mogą być połączone luźno w czymś w rodzaju cząsteczki baryonowo-mezonowej, związanej resztkowym oddziaływaniem silnym takim, jak to które łączy protony i neutrony tworzące jądra atomowe.”

Dalsze badania powinny przynieść rozstrzygniecie z którym przypadkiem mamy do czynienia, jak również odsłonić dalsze tajemnice pentakwarków. Nowe dane, które LHCb zbierze podczas drugiego okresu działanie LHC pozwolą znaleźć odpowiedzi na kolejne pytania.

Adres publikacji w archiwum  ArXiv: http://arxiv.org/abs/1507.03414

Więcej informacji na stronie LHCb: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html#Penta

Masa układu J/y–proton (J/y p) z rozpadów L_b ® J/ypK. Dane pokazane są za pomocą czerwonych rombów. Rozkłady czarny i purpurowy przedstawiają odpowiednio spodziewany sygnał stanów P_c(4380)⁺ and P_c(4450)⁺ . Wstawka: masa układu J/y p dla zacieśnionego zakresu masy K^–p, w którym sygnał szerszego stanu P_c(4380)⁺ jest  mocniejszy. (Wkład od znanych hadronów, odpowiedzialnych za pozostałe cechy widma, nie został pokazany.)