Aceasta este prima particulă cunoscută cu patru cuarci de același tip

Într-o particulă nemaivăzută până acum, patru quarci ai unei pene se adună împreună.

Fizicienii cred că au detectat primul conglomerat de patru quarci care încorporează mai mult de doi de același fel. Acest tetraquark conține patru quarci din varietatea farmec: doi quarci șarm și omologii lor de antimaterie, numiți quarci anticharm, raportează cercetătorii online pe arXiv.org pe 30 iunie.

Quarcii – blocuri fundamentale ale materiei – formează de obicei particule de trei cuarci, cum ar fi protonii și neutronii, sau perechile quarc-antiquarc, cum ar fi pionii și kaonii. Fizicienii au observat câteva cvartete de quarci mai exotice (SN: 4/11/14) și chiar cvintete (SN: 7/14/15). Dar noua particulă cu patru quarci, numită X(6900), este prima particulă cu patru quarci cu toate de același tip. Întrucât quarcurile de farmec și omologii lor antifarm sunt printre cele mai grele tipuri de quarci, este și primul tetraquark care include mai mult de doi quarci grei.

„Este o descoperire destul de interesantă”, spune fizicianul Matthew Shepherd de la Universitatea Indiana Bloomington, care nu a fost implicat în lucrare.

Quarcii sunt legați împreună de forța puternică. Descoperirea unor noi aranjamente exotice de quarci „ne spune ceva despre tipurile de tipare de quarci pe care le generează interacțiunea puternică, ceea ce ne spune ceva despre interacțiunea puternică”, spune Shepherd. O cunoaștere mai profundă a acestei forțe fundamentale a naturii ar putea oferi o perspectivă nu numai asupra particulelor ciudate precum X(6900), ci și asupra particulelor obișnuite bazate pe quarci, cum ar fi protonii și neutronii din nucleele atomice.

Dovezile noului tetraquark pândeau în datele culese din 2009 până în 2018 la Large Hadron Collider, sau LHC, lângă Geneva. În aceste experimente, fizicienii au folosit LHC pentru a sparge protonii împreună și pentru a observa particulele forjate în ciocniri.

Datele LHC conțineau semnături ale unei particule cu masa așteptată pentru un cvartet de cuarci de farmec: aproximativ 6.900 de milioane de electroni volți. Acea particulă s-a degradat în două particule J/psi, fiecare conținând un farmec și un quarc antifarm, sugerând că inițial a fost un tetraquark cu doi quarci farmec și doi antifarm. Ca și alți tetraquarci cunoscuți, X(6900) ar putea fi fie o singură entitate, compusă din patru cuarci, toți strâns legați împreună, fie o pereche de particule de doi cuarci care sunt legate mai lejer – ca un set de atomi dintr-o moleculă (SN: 6/7/19).

„Trebuie să facem multe tipuri de verificări pentru a confirma că este într-adevăr acolo”, spune coautorul studiului Liupan An, un fizician al particulelor la Institutul Național Italian de Fizică Nucleară din Florența. Aceste verificări ar putea include colectarea mai multor date cu LHC sau verificarea dacă alte experimente de coliziune cu particule produc rezultate similare.

Presupunând că dovezile pentru acest cluster exotic de quarci sunt valabile, noua particulă ciudată oferă „un fel de tester de stres” pentru idei despre modul în care quarcurile construiesc materia, spune coautorul studiului Chris Parkes, fizician la Universitatea din Manchester din Anglia. El compară utilizarea acestui tetraquark pentru studierea fizicii particulelor cu biologii care se uită la creaturi extremefile, cum ar fi tardigradele, pentru a înțelege limitele biologiei – sau cu astronomii care folosesc găurile negre pentru a vedea dacă teoriile despre gravitație rezistă în medii atât de intense (SN: 16/04/2020).

Ar putea fi mai ușor să studiezi interacțiunile cu quarcilor în X(6900) decât celelalte rude cu patru quarci, care conțin quarcuri mai ușoare, spune Shepherd. Acest lucru se datorează faptului că este o provocare notoriu să preziceți cu acuratețe comportamentul complex, în mișcare rapidă, al quarcilor de lumină. Când vine vorba de cei patru quarci grei din X(6900), pe de altă parte, fizicienii ar putea construi modele mai simple pentru a prezice comportamentul quarcurilor.