Ερευνητές εργάζονται για να συμπληρώσουν το προφίλ ενός τετρακουάρκ

Ανάλυση των δεδομένων από τις συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων προσδιόρισε το spin και την parity ενός σωματιδίου που θεωρείται ότι συνίσταται από τέσσερα κουάρκ. Κατά τα λίγα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί ανίχνευσαν διάφορα σωμάτια που εξηγούνται καλύτερα αν υποτεθεί ότι έχουν τέσσερα κουάρκ μάλλον, παρά το σύνηθες δυο ή τρία. Ένας από τους πρώτους υποψήφιους για την κατηγορία αυτών των «τετρακουάρκ» ήταν το σωματίδιο Zc(3900), με μάζα 3900 MeV/c^2. Παρόλο που το Zc(3900) εμφανίζεται να συγκροτείται από δυο χαριτωμένα (charm) κουάρκ και ένα άνω (up) και ένα κάτω (down) κουάρκ, πολύ μυστήριο περιβάλει ακόμη αυτό το σωματίδιο. Για να βελτιώσουν την κατανόησή μας, το πείραμα BESIII στον επιταχυντή Beijing Electron Positron Collider μέτρησε τώρα δυο σημαντικές κβαντικές παραμέτρους του Zc(3900) – το spin και την parity του.

Οι πρώτες παρατηρήσεις του Zc(3900) έγιναν το 2013 από τη συνεργασία BESIII και ανεξάρτητα από τη συνεργασία Belle στην Ιαπωνία. Και οι δυο ομάδες ανίχνευσαν την υπογραφή του νέου σωματιδίου σε συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων που παράγουν ένα J/ψ μεσόνιο και δυο πιόνια. Από τότε, η συνεργασία BESIII έχει βρει στοιχεία ενός τετρακουάρκ με μάζα 3885 MeV/c^2 σε συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων παράγοντας D μεσόνια. Με μια τόσο μικρή διαφορά μάζας, ένα προφανές ερώτημα είναι: θα μπορούσε αυτό το Zc(3885) σωματίδιο, απλά να είναι το Zc(3900);

Ένας τρόπος να ελεγχθεί η σύμπτωση μεταξύ των δυο σωματιδίων είναι να συγκριθούν οι τιμές των spins και των parities. Η συνεργασία BESIII συνέλεξε πάνω από 6000 γεγονότα στα δεδομένα της που ταιριάζουν τα κριτήρια για το Zc(3900). Εκτελώντας μια τεχνική επίλυσης προβλημάτων σκέδασης, επονομαζόμενη ανάλυση σε στοιχειώδη κύματα (partial wave analysis), συγκρίθηκαν τα γεγονότα με προσομοιώσεις με διάφορες τιμές για spin και parity σωματιδίου. Η προσομοίωση με spin 1 και άρτια parity, ταίριαξε καλύτερα, σημαίνοντας ότι το Zc(3900) έχει τα ίδια spin και parity όπως το Zc(3885), του οποίου οι παράμετροι είχαν μετρηθεί προηγουμένως. Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν την υπόθεση ότι τα δυο σωματίδια είναι στην πραγματικότητα ίδια.