Dodano: 02 sierpień 2021r.

Najdłużej żyjąca cząstka materii egzotycznej. Nowe odkrycie w CERN

Naukowcy z CERN poinformowali na Konferencji Europejskiego Towarzystwa Fizycznego o odkryciu w eksperymencie LHCb wyjątkowej cząstki elementarnej. Chodzi o tetrakwark - egzotyczny hadron zawierający dwa kwarki i dwa antykwarki. Jest to najdłużej żyjąca cząstka materii egzotycznej, jaką kiedykolwiek odkryto i pierwsza zawierająca dwa ciężkie kwarki i dwa lekkie antykwarki.

Najdłużej żyjąca cząstka materii egzotycznej. Nowe odkrycie w CERN

 

Wszystko, co nas otacza, składa się z elementarnych cząstek zwanych kwarkami i leptonami, które mogą się łączyć, tworząc większe cząstki, takie jak protony lub atomy. Model standardowy wyróżnia sześć typów kwarków. Są to kwarki górne (u), dolne (d), dziwne (s), powabne (c), piękne lub niskie (b) i prawdziwe lub wysokie (t), przy czym każdy rodzaj ma także swój antymaterialny odpowiednik – antykwark (często oznaczany poziomą kreską nad literą, czytaną jako „bar”).

Zgodnie z obecną wiedzą, kwarki są najważniejszymi niepodzielnymi cegiełkami, z których składa się materia. Na ogół tworzą się w parach kwark-antykwark. Są cząstkami ekstremalnie towarzyskimi: niemal natychmiast po powstaniu wiążą się w hadrony, czyli zespoły dwóch lub trzech kwarków bądź antykwarków, spajanych za pomocą gluonów (czyli cząstek przenoszących silne oddziaływania jądrowe). Proces łączenia się kwarków/antykwarków w kompleksy to tzw. hadronizacja.

Najdłużej żyjąca cząstka materii egzotycznej

W ostatnich latach znaleziono wiele tetrakwarków i pentakwarków, cząstek utworzonych odpowiednio z czterech lub pięciu kwarków/antykwarków zamiast konwencjonalnych dwóch lub trzech. Nowe odkrycie dotyczy szczególnie unikalnego tetrakwarku, cząstki oznaczonej Tcc+.

Nowa cząstka zawiera dwa kwarki powabne oraz antykwark górny i dolny. W ostatnich latach odkryto kilka tetrakwarków (w tym jeden z dwoma kwarkami powabnymi i dwoma antykwarkami powabnymi), ale jest to pierwszy, który zawiera dwa kwarki powabne, bez równoważących je antykwarków powabnych.

Kwark Tcc+ ma ciekawe właściwości. Jest to pierwsza odkryta cząstka należąca do klasy tetrakwarków z dwoma ciężkimi i dwoma lekkimi antykwarkami. Takie cząstki rozpadają się, przekształcając się w parę mezonów, każdy utworzony przez jeden z ciężkich kwarków i jeden z lekkich antykwarków. Według niektórych przewidywań teoretycznych masa tetrakwarków tego typu powinna być bardzo zbliżona do sumy mas dwóch mezonów. Taka bliskość masy sprawia, że ​​rozpad jest „trudny”, co skutkuje dłuższym czasem życia cząstki, a Tcc+ jest najdłużej żyjącym egzotycznym hadronem znalezionym do tej pory.

Cel przyszłych badań

Odkrycie toruje drogę do poszukiwania cięższych cząstek tego samego typu, z jednym lub dwoma kwarkami powabnymi zastąpionymi kwarkami niskimi. Szczególnie interesująca jest cząstka z dwoma niskimi kwarkami. Według obliczeń jej masa powinna być mniejsza niż suma mas dowolnej pary mezonów B (zawierający kwark denny i lżejszy antykwark lub antykwark denny i lżejszy kwark). To sprawiłoby, że rozpad byłby niemożliwy - cząstka nie byłaby zdolna do rozpadu poprzez oddziaływanie silne i musiałaby to zrobić poprzez oddziaływanie słabe, co wydłużyłoby jej czas życia o kilka rzędów wielkości niż jakikolwiek wcześniej zaobserwował egzotyczny hadron.

Tetrakwark Tcc+ jest kuszącym celem do dalszych badań. Wszystkie cząstki, na które się rozpada, są stosunkowo łatwe do wykrycia, co w połączeniu z niewielką ilością energii dostępnej podczas rozpadu prowadzi do precyzyjnych pomiarów masy i umożliwia badanie liczb kwantowych tej fascynującej cząstki. To z kolei może zapewnić rygorystyczny test dla istniejących modeli teoretycznych.

 

Źródło i fot.: CERN