Ανακαλύφθηκε ένα νέο πεντακουάρκ στο CERN

Ένα νέο πεντακουάρκ το P_c (4312) – ένα εξωτικό αδρόνιο που περιλαμβάνει πέντε κουάρκ – έχει ανακαλυφθεί από φυσικούς που εργάζονται στο πείραμα LHCb στο CERN. Οι επιστήμονες του LHCb έχουν επίσης διαπιστώσει ότι ένα χαρακτηριστικό των δεδομένων τους, που είχαν προηγουμένως συνδεθεί με ένα πεντακουάρκ, θα μπορούσε να αποδειχθεί για δύο πεντακουάρκ με παρόμοιες μάζες. 

 

Καλλιτεχνική άποψη για το πώς τα πέντε κουάρκ θα μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους

 

Μέχρι τώρα έχουν ανακαλυφθεί τρία πεντακουάρκ και το σχήμα τους υποδηλώνει ότι έχουν μια μοριακή δομή που μοιάζει με ένα μεσόνιο δεσμευμένο με ένα βαρυόνιο. Η καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συνδέονται μαζί τα πεντακουάρκ θα μπορούσε να μας δώσει σημαντικές πληροφορίες για την ισχυρή πυρηνική δύναμη και την κβαντική χρωμοδυναμική.

 

Τα αδρόνια είναι βαριά σωματίδια που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα κουάρκ που συγκρατούνται από την ισχυρή δύναμη. Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι φυσικοί είχαν συγκεκριμένα στοιχεία μόνο για δύο τύπους αδρονίων: τα βαρυόνια (όπως πρωτόνια και νετρόνια) που περιείχαν τρία κουάρκ και τα μεσόνια, τα οποία περιέχουν ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ.

 

Από τότε, οι φυσικοί έχουν ανακαλύψει τα τετρακουάρκ που περιέχουν τέσσερα κουάρκ και τα πεντακουάρκ που περιέχουν πέντε. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, διότι όταν ο Murray Gell-Mann πρότεινε για πρώτη φορά το μοντέλο των κουάρκ το 1964, συνειδητοποίησε ότι τα ζεύγη quark-antiquark θα μπορούσαν να προστεθούν στα μεσόνια και τα βαρυόνια για να δημιουργήσουν βαρύτερα σωματίδια.

 

Το πρώτο τετρακουάρκ ανακαλύφθηκε επισήμως (η στατιστική σημασία της τότε παρατήρησης ήταν μεγαλύτερη από 5 σίγμα) στο πείραμα BELLE της Ιαπωνίας το 2008. Τα δύο πρώτα πεντακουάρκ – που ονομάστηκαν P_c (4450) ⁺ και Ρ_c (4380) ⁺ – ανακαλύφθηκαν το 2015 στον LHCb με δεδομένα από συγκρούσεις πρωτονίων – πρωτονίων  στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Ο τετραψήφιος αριθμός αναφέρεται στη μάζα του πεντακουάρκ σε MeV / c ² , πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα πεντακουάρκ είναι περισσότερο από τέσσερις φορές βαρύτερα από το πρωτόνιο.

 

Χρησιμοποιώντας νέα δεδομένα από τον LHC, οι φυσικοί τώρα έχουν ανακαλύψει ένα τρίτο πεντακουάρκ που ονομάζεται P_c (4312) ⁺ , που έχει παρατηρηθεί με μία στατιστική σημασία 7.3 σίγμα.

 

Πιστεύεται ότι τα πεντακουάρκ απολαμβάνουν σχετικά μεγάλους χρόνους ζωής πριν υποχωρήσουν.  Μεγάλοι χρόνοι ζωής υποδηλώνουν ότι αυτά τα πεντακουάρκ μοιάζουν με μόρια που περιλαμβάνουν ένα βαρυόνιο και ένα μεσόνιο που συνδέονται μεταξύ τους με την παραμένουσα ισχυρή δύναμη – η οποία είναι η δύναμη που συνδέει τα νετρόνια και τα πρωτόνια μαζί σε έναν πυρήνα. Η μάζα του P _c (4312) ⁺ , για παράδειγμα, είναι ακριβώς κάτω από τις συνδυασμένες μάζες ενός Ʃ_c⁺  βαρυονίου και ενός ουδέτερου D μεσονίου. Μια τέτοια διαμόρφωση αναμένεται να είναι σχετικά σταθερή.

 

Η ομάδα του LHCb αναμένει να αποκαλύψει το σπιν και την ισοτιμία (parity) των πεντακουάρ. Αυτό θα παρείχε κρίσιμες πληροφορίες σχετικά με τις εσωτερικές δομές των πεντακουάρκ.