Περίεργα νέα υποατομικά σωματίδια ανακαλύφθηκαν στο Atom Smasher
Εξωτικά υποατομικά σωματίδια που αποτελούνται από πέντε κουάρκ που οι φυσικοί πίστευαν εν συντομία ότι είχαν ανακαλύψει το 2003, τώρα φαίνεται τελικά να βρίσκονται στον σάκο. Έτσι λένε οι φυσικοί που εργάζονται στο εργαστήριο CERN στη Γενεύη της Ελβετίας, οι οποίοι ισχυρίζονται ότι έχουν βρει οριστικά στοιχεία για την ύπαρξη των λεγόμενων πεντακουάρκ μέσα στα συντρίμμια των συγκρούσεων πρωτονίων υψηλής ενέργειας.
Η ανακάλυψη έχει «γεμίσει μια μεγάλη τρύπα» στη θεωρία που περιγράφει πώς η ύλη δημιουργείται από τα θεμελιώδη σωματίδια που είναι γνωστά ως κουάρκ, λέει ο Guy Wilkinson, εκπρόσωπος του LHCb, ενός από τους τέσσερις κύριους ανιχνευτές στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). , που βρισκόταν πίσω από το εύρημα. Αυτή η θεωρία, που προτάθηκε από τον φυσικό Murray Gell-Mann το 1964, περιγράφει πώς τα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν τους ατομικούς πυρήνες αποτελούνται από τρία κουάρκ και πώς άλλα σωματίδια γνωστά ως μεσόνια είναι κατασκευασμένα από ζεύγη κουάρκ και τα αντίστοιχά τους αντιύλης, αντικουάρκ. . Ωστόσο, το σχήμα του Gell-Mann έδειξε επίσης την ύπαρξη πεντακουάρκ, που αποτελούνται από τέσσερα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Η έλλειψη οποιωνδήποτε αποδεικτικών στοιχείων για τέτοια σωματίδια τα τελευταία 50 χρόνια, λέει ο Wilkinson, "δεν κατέστρεψε τη θεωρία, αλλά γινόταν όλο και πιο ενοχλητική."
Για να πιάσουν το άπιαστο θήραμα, ο Wilkinson και οι συνεργάτες του μελέτησαν τη διάσπαση των σωματιδίων «λάμδα-β» που δημιουργούνται από πρωτόνια που συγκρούονται μέσα στο LHCb. Μέτρησαν τη συνδυασμένη ενέργεια δύο από τα προϊόντα διάσπασης—ένα πρωτόνιο και ένα μεσόνιο γνωστά ως J/Psi, το οποίο αποτελείται από ένα «γοητευτικό» κουάρκ και αντικουάρκ—και στη συνέχεια υπολόγισαν πόσες φορές κατέγραψαν κάθε ενεργειακή τιμή σε χιλιάδες συγκρούσεις που μελέτησαν. Βρήκαν ότι ο αριθμός των ζευγών με μια συγκεκριμένη ενέργεια -λίγο λιγότερο από πέντε φορές τη μάζα του πρωτονίου- ήταν πολύ μεγαλύτερος από ό,τι θα περίμενε κανείς τυχαία. (Η ενέργεια και η μάζα είναι ισοδύναμες, σύμφωνα με την εξίσωση του Αϊνστάιν E =mc.) Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτή ήταν η μάζα ενός φευγαλέου πεντακουάρκ "charmonium" που περιέχει δύο up quark, ένα down quark, ένα κουάρκ γοητείας και ένα anticharm quark. /P>
Το LHCb συνέλεξε τα δεδομένα το 2011 και το 2012, αλλά η ομάδα του Wilkinson απέφυγε να ανακοινώσει την ανακάλυψή τους για να αποφύγει τη μοίρα εκείνων που είχαν κάνει τους προηγούμενους ισχυρισμούς για θεάσεις πεντακουάρκ. Πριν από δώδεκα χρόνια, περίπου δώδεκα ερευνητικές ομάδες από όλο τον κόσμο ανακοίνωσαν ότι είχαν στοιχεία για ένα ελαφρύτερο πεντακουάρκ γνωστό ως θήτα-συν, αλλά πιο λεπτομερείς μελέτες έδειξαν ότι όλοι οι ισχυρισμοί ήταν απατηλοί.
Για να διασφαλιστεί ότι το αποτέλεσμά τους ήταν ισχυρό, η συνεργασία LHCb χρησιμοποίησε δεδομένα που έδειχναν όχι μόνο την ενέργεια των σωματιδίων που παράγονται στις συγκρούσεις του CERN αλλά και τις κατευθύνσεις τους. Εκτελώντας αυτά τα δεδομένα μέσω ενός μοντέλου υπολογιστή, διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να συμφωνήσουν τα πειραματικά αποτελέσματα και η έξοδος του μοντέλου μόνο όταν συμπεριλάμβαναν δύο πεντακουάρκ χαρμονίου στη διαδικασία διάσπασης λάμδα-β—το ένα είχε μάζα 4,45 γιγαηλεκτρονβολτ (GeV) και το άλλο μάζα 4,38 GeV. (Για σύγκριση, ένα πρωτόνιο ζυγίζει 0,94 GeV.) Η έρευνα έχει μεταφορτωθεί στον διακομιστή arXiv και υποβλήθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Οι φυσικοί εκτός της συνεργασίας συμφωνούν ότι το αποτέλεσμα φαίνεται πειστικό. «Φαίνεται ότι βρήκαν ισχυρές ενδείξεις για μια κατάσταση πεντακουάρκ «βαρύ κουάρκ», λέει ο Ken Hicks του Πανεπιστημίου του Οχάιο. Ο Curtis Meyer του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβάνια συμφωνεί. "Κατά την ανάγνωση της εφημερίδας, δεν έχω δει τίποτα που να μπορώ εύκολα να το αναφέρω ως πιθανό πρόβλημα", λέει, αν και προσθέτει ότι "με οποιοδήποτε αποτέλεσμα όπως αυτό, η επιβεβαίωση είναι πολύ σημαντική."
Ο LHC ξεκίνησε ξανά τον Απρίλιο μετά από 2 χρόνια διακοπής λειτουργίας για να αναβαθμιστεί το μηχάνημα ώστε να λειτουργεί με υψηλότερες ενέργειες. Τώρα, τα νέα δεδομένα που θα εισρεύσουν στο LHCb θα πρέπει να επιτρέψουν στους επιστήμονες να μελετήσουν τη δομή των πεντακουάρκ, λέει ο Wilkinson. Δεν είναι ξεκάθαρο σε αυτό το σημείο, εξηγεί, εάν και τα πέντε κουάρκ είναι συνδεδεμένα στενά μεταξύ τους μέσα στο νέο σωματίδιο ή αν αντ' αυτού τρία κουάρκ ομαδοποιούνται όπως κάνουν μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια και τα άλλα δύο σχηματίζουν ένα ξεχωριστό μεσόνιο - λίγο σαν δύο άτομα συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα μόριο.
Ο Wilkinson λέει ότι επειδή τα πεντακουάρκ μπορεί να σχηματιστούν μέσα σε αστέρια που καταρρέουν, η ανακάλυψή τους μπορεί να μας πει περισσότερα για το τι αποτελούνται τα αστέρια και πώς εξελίσσονται. Τα νέα δεδομένα μπορεί επίσης να οδηγήσουν στην ανακάλυψη άλλων πεντακουάρκ με διαφορετικές μάζες. "Τώρα που γνωρίζουμε ότι η φύση επιτρέπει πέντε κουάρκ να συνδέονται μεταξύ τους, θα ήταν πράγματι πολύ περίεργο αν επιτρεπόταν σε αυτό το σύνολο κουάρκ να συνυπάρχει με αυτόν τον τρόπο", λέει. "Θα έπρεπε να υπάρχουν πολλοί άλλοι. Θα πρέπει απλώς να πάμε να τους κυνηγήσουμε."
