Странният пентакварк се оказа нов вид субатомна „молекула“

Пентакваркът, частица, търсена от физиците в продължение на десетилетия, преди накрая да бъде открита през 2015 г., започва да разкрива своите тайни.

Нови данни от Големия адронен колайдер (LHC) в Швейцария разкриват, че пентакваркът е съставен от два по-малки типа частици, наречени барион и мезон, слепени в някаква миниатюрна "молекула".

Мезонът е вид частица, която съдържа двойка кварк и антикварк, другата частица, барионът, се състои три кварка - субатомната частица, от която е направена по-голямата част от обикновената материя във Вселената, включително протоните и неутроните.

Това потвърждава, че кварките не са разположени хаотично в пентакварка, а са структурирани подобно на начина, по който протоните и неутроните са свързани в атомното ядро ​​- в нещо, което изследователите наричат ​​„молекулно“ състояние.

Новата частица, наречена Рc(4312)⁺, се разпада на протон и J/ψ частица (съставена от чаровен кварк и чаровен антикварк). Това последно наблюдение има статистическа значимост от 7,3 сигма, което е много над прага от 5 сигма, традиционно изискван за признаване на откритието на нова частица, подчертава ЦЕРН в прессъобщение.

В конвенционалния кварков модел съставните частици могат да бъдат или мезони, образувани от кварк-антикваркови двойки, или бариони, образувани от три кварка. Частиците, които не са класифицирани в тази схема, са наречени  „екзотични адрони”. Когато Мъри Гел-Ман и Джордж Цвайг предлагат кварковия модел в своите статии от 1964 г., те споменават възможността за екзотични адрони като пентакварка, но бяха необходими 50 години, за да се демонстрира тяхното съществуване експериментално. През юли 2015 г. учените, работещи с детектора LHCb, съобщават за пентакваркови структури Pc (4450)⁺ и Pc (4380)⁺.

Числото в името на частицата се отнася до нейната маса в мегаелектрон-волтове, а тя е огромна, достигаща над четири пъти масата на протона. 

Новата частица е по-лек спътник на тези пентакваркови структури и нейното съществуване хвърля нова светлина в природата на цялото семейство.

^{Илюстрация на възможното разположение на кварките в пентакваркова частица, като тази, открита с LHCb. Петте кварки може да са групирани в мезон (един кварк и един антикварк) и барион (три кварка), слабо свързани помежду си. Кредит: Daniel Dominguez/CERN}

Кварки имат шест „аромата“ или вида: горен, долен, върховен, дънен, чаровен и странен като всеки от тези аромати има аналог от  антиматерия. Екипът установи, че всеки от пентакварките се състои от два горни кварка, един долен кварк, един чаровен кварк и един чаровен антикварк - въпреки че начинът, по който са подредени, остава загадка.

Анализът, представен на конференцията за квантовата хромодинамика (QCD) Moriond, използва девет пъти повече данни от сблъсъци в Големия адронен колайдер, отколкото анализа от 2015 година. Наборът от данни е използван за анализ на параметрите на вече съобщените Pc (4450)⁺ и Pc (4380)⁺ структури, които се доказа, че са в съответствие с първоначалните резултати.

Освен новия пентакварк с по-ниска маса - Pc(4312)⁺ - анализът разкри по-сложна структура на Рc (4450)⁺ , състояща се от двa застъпващи се, но отделни пентакварки, Pc (4440)⁺ и Pc (4457)⁺ като структурата с двa пикa има статистическа значимост от 5.4 сигма.

Общо това прави четири пентакварка - Pc (4312)⁺, Pc (4440)⁺, Pc (4457)⁺ и Pc (4380)⁺. Първите три са в съответствие с масите на три отделни вероятни мезон-барионни двойки, като се отчита енергията, необходима за обвързване на частиците.

Разбира се, възможно е пентакварките с различни маси да се проявят с различна вътрешна структура и съвсем случайно да са с толкова точни мезон-барионни маси, но това е по-малко вероятно.

Възможно е също така молекулното състояние на пентакварка да не е единствената архитектура за тези частици и може да има още по-странни такива, които все още не са открити.

Тези загадки може да се разкрият след време с повече изследвания и данни. Например отделен екип от физици вече е установил, че молекулният модел предполага съществуването на четири неоткрити досега пентакваркови маси.

Справка:

Observation of a Narrow Pentaquark State, , and of the Two-Peak Structure of the $P_c(4450{)}^{+}$. R. Aaij et al. (LHCb Collaboration), Physical Review Letters.

Източник: 

 LHCb experiment discovers a new pentaquark, CERN

Official LHC Results Have Finally Confirmed The Structure of Mysterious Pentaquarks, ScienceAlert

Още по темата

26/05/2019

Физика

Почина основателят на теорията за кварките Мъри Гел-Ман

17/03/2017

Физика

Откриха наведнъж пет нови състояния на частици в Големия адронен колайдер

19/08/2016

Физика

Откритието на екзотичната частица пентакварк е потвърдено

14/07/2015

Физика

Открит е нов клас частици в Големия адронен колайдер