Nowe cząsteczki odkryte w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Trzy nowe cząsteczki - jeden pentakwark i para tetrakwarków - zostały zaobserwowane w ramach eksperymentu LHCb, którego celem jest dokładne udokumentowanie różnic pomiędzy materią a antymaterią we wszechświecie.

Tetrakwarki i pentakwarki należą do tzw. hadronów egzotycznych. Są one złożone z kwarków, elementarnych cząstek, które są budulcami atomów każdego pierwiastka, a co za tym idzie również związków chemicznych i tkanek. Kwarki najczęściej łączą się w stałe grupy po dwie lub trzy cząsteczki, ale wyjątkowo zdarzają się w nietrwałe związki czterech (tetrakwarki) lub pięciu (pentakwarki) cząstek.

Istnienie hadronów egzotycznych było podejrzewane od niemal sześciu dekad, ale po raz pierwszy zaobserwowano je stosunkowo niedawno, w ciągu ostatnich 20 lat. W eksperymencie LHCb odkryto trzy zupełnie nowe kombinacje różnych kwarków, w tym pierwszą w historii nauki parę tetrakwarków.

- Im więcej analiz wykonujemy, tym więcej rodzajów egzotycznych hadronów znajdujemy - wyjaśnia Niels Tuning, koordynator projektu LHCb ds. fizyki.

Trzecia faza pracy Wielkiego Zderzacza Hadronów rozpoczęła się we wtorek. Po trzyletniej przerwie i kilku eksperymentach testowych, maszyna była gotowa do rozpoczęcia kolejnego etapu odkrywania tajemnic wszechświata. Tym razem, naukowcy zwiększyli energię cząsteczek do aż 13,6 teraelektronowoltów (TeV) - dla porównania, w latach 2015-2018, rekord ten wynosił 6,5 TeV.

W trakcie przerwy urządzenie zostało wyposażone w podzespoły umożliwiające jeszcze dokładniejszą detekcję i śledzenie poszczególnych cząsteczek. Wymienione zostało również centrum danych eksperymentu LHCb - dzięki temu zbieranie danych będzie jeszcze sprawniejsze.

Rzecznik prasowy projektu LHCb, Chris Parkes, ma nadzieję, że obserwacja egzotycznych hadronów pomoże nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób kwarki tworzą konwencjonalne cząsteczki.

- Analiza nowych rodzajów tetrakwarków i pentakwarków pomoże również w opracowaniu modelu egzotycznych hadronów, których dokładnej natury jeszcze nie znamy - opowiada.

Na chwilę obecną istnieją różne przypuszczenia co do tej ostatniej. Niektóre teorie opisują egzotyczne hadrony jako pojedyncze jednostki, zaś inne - jako luźno związane pary standardowych hadronów. Tylko dalsze badania wskażą, czy te cząstki są jednym, drugim czy obydwoma.

Co do jednego naukowcy są zgodni - przed nami wiele nowych odkryć.

- To taki sam okres, jak w latach 50 XX wieku, kiedy zaczęliśmy odkrywać "cząsteczkowe zoo" cząstek elementarnych - tłumaczy Tuning. - Tworzymy "cząsteczkowe zoo 2.0" - dodaje.