Didžiojo hadronų greitintuvo Beauty (LHCb) projektas pirmą kartą užfiksavo egzotišką dalelę iš keturių žaviųjų kvarkų.

LHCb sandarbis užfiksavo niekados anksčiau nestebėtą dalelę iš keturių kvarkų. CERN seminare paskelbtas ir publikuotas atradimas tikriausiai bus pirmasis iš fizikų anksčiau neatrastos dalelių klasės.

Atradimas padės fizikams geriau suprasti kvarkus, elementariąsias daleles, kurios yra fundamentalūs visos materijos statybiniai blokai. Susijungęs kvarkai sudaro sudėtines daleles, vadinamuosius hadronus, kuriems priklauso ir protonai su neutronais. Šis atradimas mokslininkams gali padėti suprasti sudėtingus būdus, kai jie sudaro sudėtines dalelės.

Kvarkai įprastai jungiasi į grupes po du ar tris ir formuoja hadronus. Tačiau daug dešimtmečių fizikos teoretikai prognozavo, kad egzistuoja hadronai, sudaryti iš keturių ir penkių kvarkų, kurie kartais vadinami tetrakvarkais ir pentakvarkais, ir pastaraisiais metais eksperimentai, taip pat ir LHCb, patvirtino kelių tokių egzotiškų hadronų egzistavimą.

„Iš keturių kvarkų sudarytos dalelės yra egzotiškos jau pačios savaime, o dabar mūsų atrasta yra pirmoji, sudaryta iš keturių sunkių to paties tipo kvarkų, konkrečiai, dviejų gelminių kvarkų (\(c\)) ir dviejų gelminių antikvarkų \((c̅)\),“ sako ankstesnis LHCb sandarbio žiniasklaidos atstovas, Giovanni Passaleva. „Lig šiol LHCb ir kiti eksperimentai buvo užfiksavę tik tetrakvarkus su dviem sunkiais kvarkais ir nė vieno su daugiau nei dviem to paties tipo kvarkais."

Kitas LHCb atstovas, Chris Parkes iš Manchesterio universiteto sakė: „Man didelis malonumas ir garbė perimti LHCb atstovo pareigas. Šiame sandarbyje dalyvauja daugiau nei 1400 narių iš 19 šalių, bendruomenė, dirbanti drauge vardan mūsų mokslo tikslų. Mančesterio universitetas ir kitos 10 JK institucijų šiame sandarbyje atlieka vadovaujantį vaidmenį.“

„Šiandienos atradimas atveria naują jaudinamą skyrių mokslo knygose, suteikdamas galimybę tyrinėti ekstremalius materijos dalelių teorijos atvejus. Ši dalelė ir yra ekstremalus atvejis — tai yra egzotiškas hadronas, kuriame yra keturi o ne du ar trys kvarkai, kaip įprastose materijos dalelėse, ir pirmoji, kurioje yra sunkūs kvarkai.“

„Tirdami ekstremalias sistemas, mokslininkai gali patikrinti mūsų teorijas ekstremaliomis sąlygomis. Tirdami šią dalelę ir tikėdamiesi atrasti daugiau ši tipo dalelių, išbandysime mūsų teoriją apie kvarkų susijungimą, kuris lemia ir protonų beu neutronų susidarymą.“

Naująjį tetrakvarką LHCb komanda atardo, naudodama dalelių paieškos techniką, kai ieškoma susidūrimų pertekliaus, vadinamų „iškilimų“ glotniame įvykių fone. Sijodami LHCb duomenis iš pirmojo (2009–2013) ir antrojo (2015–2018) LHC paleidimo, tyrėjai tokį nelygumą aptiko dalelių, sudarytų iš žavingojo kvarko ir žavingojo antikvarko, masės pasiskirstyme.

Iškilimo statistinis reikšmingumas yra didesnis nei penkių standartinių nuokrypių (5σ), įprastos ribos, kai skelbiama apie naujos dalelės atradimą, ir jos masė atitinka prognozuotos dalelės iš keturių žaviųjų kvarkų masę.

Kaip ir ankstesnių tetrakvarkų atradimo atveju, nėra visiškai aišku, ar naujoji dalelė yra „tikras tetrakvarkas“, tai yra, keturių, tvirtai tarpusavyje surištų, kvarkų sistema, ar pora silpnai susietų „molekulinėje struktūroje“ atsidūrusių dalelių iš dviejų kvarkų. Kaip bebūtų, naujasis tetrakvarkas padės teoretikams išbandyti stipriosios branduolinės teorijos – kvantinės chromodinamikos – modelius.

Straipsnis Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum publikuotas arXiv išankstinių publiakcijų serveryje.