CERN–Πείραμα DIRAC: Ανιχνεύθηκε παράξενο άτομο που συγκροτείται από δυο μεσόνια

Ένα άτομο κανονικά είναι ένας πυρήνας που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια. Όμως οι φυσικοί παρατήρησαν διάφορα εξωτικά άτομα που συγκροτούνται από άλλα σωματίδια, όπως μεσόνια (σωματίδια με δυο κουάρκ). Ακολουθώντας προηγούμενα στοιχεία, μια νέα ανάλυση δεδομένων από το πείραμα DIRAC στο CERN βρήκε τα πρώτα αδιάσειστα στοιχεία ενός ατόμου που διαμορφώνεται από ένα π μεσόνιο (που περιέχει up και down κουάρκ) και από ένα Κ μεσόνιο (που περιέχει up και strange κουάρκ). Επιπλέον μελέτη αυτών των παράξενων διμεσονίων θα πρέπει να παράσχει βαθύτερη γνώση στο πώς τα κουάρκ αντιδρούν σε σχετικά χαμηλές ενέργειες.

Άτομα περιέχοντα μεσόνια, όπως καονικό υδρογόνο (πρωτόνιο και Κ) και πιόνιουμ (δυο αντίθετα φορτισμένα π μεσόνια), συγκρατούνται με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Ωστόσο, οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κουάρκ αναγκάζουν τα άτομα να διασπαστούν. Ακριβείς μετρήσεις των χρόνων ζωής αυτών των διασπάσεων θα έβαζαν σημαντικούς περιορισμούς στις πιθανότητες σκέδασης των χαμηλής ενέργειας κουάρκ, που δεν μπορεί να υπολογιστεί άμεσα.

Το πείραμα DIRAC οικοδομήθηκε για να ανιχνεύσει και να περιγράψει τα πΚ άτομα (όπως και τα ππ άτομα). Για να δημιουργήσουν αυτές τις δέσμιες καταστάσεις, οι ερευνητές πυροδότησαν μια δέσμη πρωτονίων υψηλής ενέργειας προς ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο. Οι συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων και των πυρήνων του μετάλλου περιστασιακά παρήγαγαν πΚ άτομα και μερικά από αυτά τα άτομα συγκρούστηκαν με άλλους πυρήνες αναγκάζοντάς τους να διαχωριστούν σε αδέσμευτα πΚ ζεύγη.

Το DIRAC σχεδιάστηκε για να ανιχνεύει αυτά τα ζεύγη χρησιμοποιώντας ένα διπλού βραχίονα φασματόμετρο μάζας. Προηγούμενα αποτελέσματα έδειξαν στοιχεία των πΚ ατόμων, αλλά η υποκείμενη στατιστική σημαντικότητα ήταν πολύ χαμηλή για να υποστηριχθεί μια ανίχνευση. Η συνεργασία DIRAC έχει τώρα συνδυάσει στοιχεία από προσπάθειες που χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά μεταλλικά φύλλα και βελτίωσε τις εκτιμήσεις του υπόβαθρου από πΚ ζεύγη που δεν έχουν σχέση με άτομα. Η ομάδα αναφέρει την ανίχνευση πάνω από 300 πΚ ατόμων και συνεχίζει με επιπλέον ανάλυση για να υπολογίσει τη διάρκεια ζωής της πK διάσπασης.