En af detektorerne i Large Hadron Collider har opdaget en ny partikel bestående af fire charmerede kvarker. Fysikere mener, at dette er den første repræsentant for en ubeskrevet klasse af partikler.
Den (nederste højre) todimensionelle fordeling af di-J / ψ-kandidaterne og dens fremspring på (nederst til venstre) M (1) μμ og (øvre) M (2) μμ. Fire komponenter er til stede, fordi hvert projektion består af signal- og baggrunds-J / ψJ / ψ-kandidater. Mærkaterne J / ψ1, 2 og bkg1,2 repræsenterer henholdsvis signalets og baggrundens bidrag til fordelingen M (1), (2) μμ.
Samarbejdet LHCb (skønhedseksperimentet Large Hadron Collider) har fundet en ny type fire-kvark partikel, der aldrig er set før. Opdagelsen blev præsenteret på et nyligt seminar på CERN og er også beskrevet i en artikel på arXiv-fortryksstedet. Denne opdagelse vil hjælpe forskere med at forstå kvarker - de grundlæggende partikler i universets standardmodel.
De mødes normalt i grupper på to (kvark - antikark) eller tre for at danne protoner og neutroner. Større partikler betragtes som eksotiske, men forskere har længe antaget, at de kan være sammensat af fire eller fem kvarker (de såkaldte tetraquarks og pentaquarks). I de senere år har eksperimenter på Large Hadron Collider (LHC) bekræftet eksistensen af sådanne hadroner. De er ideelle til at studere den stærke atomkraft, en af de fire grundlæggende kræfter i universet, der binder protoner, neutroner og atomkerner sammen.
”Den partikel, vi netop har opdaget, er den første, der består af tunge kvarker af samme type: to charmerede kvarker og antikvier,” siger LHCb-talsmand Giovanni Passaleva. "Indtil nu har LHCb og andre eksperimenter kun registreret tetraquarks med maksimalt to tunge kvarker, og ingen af dem havde mere end to quarks af samme type."
For at søge efter nye tetraquarks T cccc beregnet LHCb-teamet deres mulige masse og studerede de data, der blev opnået ved detektoren i perioderne af den første og anden lancering af LHC i 2009-2013 og 2015-2018. Hun fandt to energistød i 6900- og 6400-6600 megaelektronvoltsområdet. I et forsøg på at beskrive de opnåede resultater fandt forskere mere end fem standardafvigelser i intervallet 6200-7400 megaelektronvolt. Dette er nok til at meddele opdagelsen af en ny partikel. Desuden svarer sådanne spring til massen T cccc. "Denne partikel er unik - en eksotisk hadron, der indeholder fire kvarker i stedet for to eller tre i almindelige stofpartikler, og den første indeholder tunge kvarker," siger forskerne.
Det er endnu ikke klart, om den nye partikel er et "sandt tetraquark", det vil sige et system med tæt bundne fire kvarker, eller om den består af to almindelige par. Under alle omstændigheder vil den nye partikel hjælpe teoretikere med at teste modeller af kvantekromodynamik, der beskriver den stærke interaktion mellem partikler. Forfatterne har til hensigt at fortsætte forskningen under den tredje lancering af LHCb, i marts 2021.