البنتاكوارك وأول زوج من التيتراكوارك على الإطلاق

لاحظ التعاون الدولي في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ثلاثة جسيمات لم يسبق رؤيتها من قبل: نوع جديد من البنتاكوارك وأول زوج من رباعي الكواركات على الإطلاق ، والذي يتضمن نوعًا جديدًا من التيتراكوارك. النتائج ، التي تم تقديمها اليوم في ندوة CERN ، تضيف ثلاثة أعضاء غريبين جدد إلى القائمة المتزايدة من الهادرونات الجديدة الموجودة في LHC. سوف يساعدون الفيزيائيين على فهم أفضل لكيفية ارتباط الكواركات ببعضها البعض في هذه الجسيمات المركبة.

الكواركات هي الجسيمات الأولية وتأتي بستة نكهات: أعلى ، أسفل ، ساحر ، غريب ، أعلى وأسفل. عادة ما تتحد معًا في مجموعات ثنائية وثلاثية لتكوين الهادرونات مثل البروتونات والنيوترونات التي تشكل النوى الذرية. ومع ذلك ، نادرًا ما يمكن أن تتحد أيضًا في جسيمات من أربعة كوارك وخمسة كواركات ، أو “رباعي الكواركات” و “بنتاكواركات”. تنبأ المنظرون بهذه الهادرونات الغريبة في نفس الوقت مع الهادرونات التقليدية ، منذ حوالي ستة عقود ، ولكن مؤخرًا فقط ، في العشرين عامًا الماضية ، تمت ملاحظتها بواسطة LHCb وتجارب أخرى.

معظم الهادرونات الغريبة المكتشفة في العقدين الماضيين هي التيتراكواركات أو البنتاكواركات التي تحتوي على كوارك ساحر وكوارك مضاد ساحر ، مع اثنين أو ثلاثة المتبقية جسيمات دون الذرية كونه كوارك علوي أو سفلي أو غريب أو كوارك مضاد لها. ولكن في العامين الماضيين ، اكتشف LHCb أنواعًا مختلفة من الهادرونات الغريبة. قبل عامين ، اكتشف التعاون رباعي كوارك مكون من كواركين ساحرين واثنين من الكواركات الساحرة ، واثنين من رباعي الكواركات “المفتوحة الساحرة” تتكون من كوارك مضاد ساحر ، كوارك علوي ، كوارك سفلي وكوارك مضاد غريب. وفي العام الماضي ، عثرت على أول مثال على الإطلاق لربع رباعي “ذو سحر مفتوح مزدوج” مع اثنين من الكواركات الساحرة وكوارك مضاد لأعلى ولأسفل. السحر المفتوح يعني أن الجسيم يحتوي على كوارك ساحر بدون كوارك مضاد مكافئ.

تشمل الاكتشافات التي تم الإعلان عنها اليوم من خلال تعاون LHCb أنواعًا جديدة من الهادرونات الغريبة. النوع الأول ، الذي لوحظ في تحليل “اضمحلال” الميزونات B سالبة الشحنة ، هو خماسي مكون من كوارك ساحر وكوارك ساحر مضاد وكوارك علوي ، وكوارك سفلي ، وكوارك غريب. إنه أول خماسي تم العثور عليه يحتوي على كوارك غريب. النتيجة ذات دلالة إحصائية هائلة تبلغ 15 انحرافًا معياريًا ، تتجاوز بكثير الانحرافات المعيارية الخمسة المطلوبة للمطالبة بملاحظة الجسيم في فيزياء الجسيمات.

النوع الثاني عبارة عن رباعي رباعي مشحون كهربائيًا بشكل مضاعف. وهي عبارة عن رباعيات ساحرة مفتوحة مكونة من أ سحر كوارك ، كوارك مضاد غريب ، وكوارك علوي وسفلي انتيكوارك، وقد تم رصده مع نظيره المحايد في تحليل مشترك لاضمحلال ميزونات B موجبة الشحنة والمتعادلة. رباعيات الكواركات الجديدة ، التي لوحظت بدلالة إحصائية تبلغ 6.5 (جسيم مشحون مزدوج) و 8 (جسيم محايد) انحرافات معيارية ، تمثل المرة الأولى التي لوحظ فيها زوج من رباعي الكواركات.

يقول منسق الفيزياء LHCb نيلز تونينج: “كلما أجرينا المزيد من التحليلات ، وجدنا المزيد من أنواع الهادرونات الغريبة”. “إننا نشهد فترة من الاكتشاف شبيهة بفترة الخمسينيات من القرن الماضي ، عندما بدأ اكتشاف” حديقة حيوانات الجسيمات “من الهادرونات وأدت في النهاية إلى كوارك نموذج الهادرونات التقليدية في الستينيات. نحن نصنع “حديقة حيوان الجسيمات 2.0”.

يقول المتحدث باسم LHCb كريس باركس: “إن العثور على أنواع جديدة من رباعي الكواركات وخماسيات الكواركات وقياس خصائصها سيساعد المنظرين على تطوير نموذج موحد من الهادرونات الغريبة ، وطبيعتها الدقيقة غير معروفة إلى حد كبير”. “كما أنه سيساعد على فهم الهادرونات التقليدية بشكل أفضل.”

في حين أن بعض النماذج النظرية وصف الهادرونات الغريبة كوحدات مفردة من كواركات مرتبطة بإحكام ، بينما تتصورها نماذج أخرى على أنها أزواج من الهادرونات المعيارية المرتبطة بشكل غير محكم في بنية شبيهة بالجزيء. فقط الوقت والمزيد من الدراسات حول الهادرونات الغريبة ستخبرنا إذا كانت هذه حبيبات أحدهما أو الآخر أو كليهما.