Een pentaquark en het allereerste paar tetraquarks

De internationale samenwerking bij de Large Hadron Collider (LHC) heeft drie deeltjes waargenomen die nog nooit eerder waren gezien: een nieuw type pentaquark en het allereerste paar tetraquarks, waaronder een nieuw type tetraquark. De resultaten, vandaag gepresenteerd op het CERN-symposium, voegen drie nieuwe buitenaardse leden toe aan de groeiende lijst van nieuwe hadronen die bij de LHC zijn gevonden. Ze zullen natuurkundigen helpen beter te begrijpen hoe quarks aan elkaar zijn gebonden in deze composietdeeltjes.

quarks zijn elementaire deeltjes Het komt in zes smaken: omhoog, omlaag, charmant, exotisch, omhoog en omlaag. Ze combineren gewoonlijk samen in binaire en drievoudige groepen om hadronen te vormen, zoals protonen en neutronen die atoomkernen vormen. Zelden kan het echter ook worden gecombineerd tot deeltjes van vier quarks en vijf quarks, of “quaternaire quarks” en “pentaquarks”. Theoretici voorspelden deze vreemde hadronen op hetzelfde moment als conventionele hadronen, ongeveer zes decennia geleden, maar pas onlangs, in de afgelopen 20 jaar, zijn ze waargenomen door de LHCb en andere experimenten.

De meeste exotische hadronen die in de afgelopen twee decennia zijn ontdekt, zijn tetraquarks of pentaquarks die een charm-quark en een charm-antiquark bevatten, met twee of drie overgebleven subatomische deeltjes Een up, down of odd quark zijn. Maar in de afgelopen twee jaar heeft de LHCb verschillende soorten exotische hadronen ontdekt. Twee jaar geleden ontdekte de Collaboration een quaternaire quark bestaande uit twee charm-quarks en twee charm-quarks, en twee “charmante open” quarks bestaande uit een charm-antiquark, een up-quark, een down-quark en een vreemde antiquark. En vorig jaar stuitte ik op het allereerste voorbeeld van een “dubbel open magie” kwadrant met twee charm-quarks en een op en neergaande antiquark. Open magie betekent dat het deeltje een charm-quark bevat zonder een equivalente antiquark.

De ontdekkingen die vandaag door de LHCb-samenwerking zijn aangekondigd, omvatten nieuwe soorten exotische hadronen. Het eerste type, waargenomen bij de analyse van het “verval” van negatief geladen B-mesonen, is een vijfhoek die bestaat uit een charm-quark, een charm-antiquark, een up- en down-quark en een vreemde quark. Het is de eerste vijfhoek die een vreemde quark bevat. Het resultaat is van enorme statistische significantie van 15 standaarddeviaties, ruim boven de vijf standaarddeviaties die nodig zijn om de waarneming van het deeltje te claimen in Deeltjesfysica.

Het tweede type is een dubbel elektrisch geladen quadrupool. Het is een open betoverde tetraquark bestaande uit a charme Quarks, vreemde antiquarks en up- en down-quarks antiquark, die werd waargenomen met zijn neutrale tegenhanger in een gezamenlijke analyse van het verval van positief geladen en neutrale B-mesonen. De nieuwe tetraquarks, waargenomen met statistische significantie van 6.5 (dubbel geladen deeltje) en 8 (neutraal deeltje) standaarddeviaties, vertegenwoordigen de eerste keer dat een paar tetraquarks is waargenomen.

“Hoe meer analyses we doen, hoe meer exotische hadronen we vinden”, zegt natuurkundig coördinator LHCb Nils Toning. “We beleven een periode van ontdekking vergelijkbaar met de jaren vijftig, toen de ontdekking van de ‘deeltjesdierentuin’ van hadronen begon en uiteindelijk leidde tot quark Het klassieke hadronmodel uit de jaren 60. We maken “Particle Zoo 2.0”.

“Het vinden van nieuwe soorten tetraquarks en pentaquarks en het meten van hun eigenschappen zal theoretici helpen om een ​​uniform model van exotische hadronen te ontwikkelen, waarvan de exacte aard grotendeels onbekend is”, zegt LHCb-woordvoerder Chris Parks. “Het zal ook helpen om conventionele hadronen beter te begrijpen.”

Terwijl sommige theoretische modellen Exotische hadronen worden beschreven als nauw gebonden afzonderlijke eenheden van quarks, terwijl andere modellen ze zien als paren modulaire hadronen die losjes zijn gebonden in een molecuulachtige structuur. Alleen de tijd en meer studies van exotische hadronen zullen uitwijzen of dit het geval is granen het een of het ander of beide.