onderzoek

Bij de LHC ontdekten exotische deeltjes van vijf quarks

Alles wat je ziet, bestaat uitelementaire deeltjes - quarks en leptonen, die kunnen worden gecombineerd met de vorming van grotere deeltjes, zoals protonen of atomen. Maar dit is niet beperkt tot: deze subatomaire deeltjes kunnen ook op een exotische manier worden verbonden, wat we nog nooit hebben gezien. De CERN LHCb-samenwerking heeft de ontdekking van nieuwe deeltjes aangekondigd, die pentaquarks worden genoemd. De resultaten van hun werk kunnen ons helpen de vele mysteries te ontdekken van de quarktheorie, het belangrijkste onderdeel van het standaardmodel.

Bij de LHC vonden ze pentaquarks: wat is het?

Quarks werden eerst ter verklaring voorgesteld.de eigenaardigheden van nieuwe deeltjes gevonden in kosmische straling en tijdens experimenten bij botsers in het midden van de 20e eeuw. Deze groeiende "dierentuin", ogenschijnlijk fundamentele deeltjes, veroorzaakte verwarring in de gelederen van natuurkundigen die houden van eenvoud en orde - en er echt niet van houden om de basisprincipes te produceren. De beroemde Italiaanse fysicus Enrico Fermi merkte de stemming van zijn collega's op en zei het volgende: "Jongeman, als ik me de namen van al deze deeltjes kon herinneren, zou ik een nerd zijn."

Gelukkig, in de jaren zestig, een Amerikaanse natuurkundigeMurray Gell-Mann observeerde patronen in de dierentuin van deeltjes, vergelijkbaar met die van Dmitri Mendelejev, die een periodiek systeem van chemische elementen vormen. Net zoals het periodiek systeem het bestaan ​​van dingen die kleiner zijn dan atomen suggereert, suggereerde de Gell-Man theorie het bestaan ​​van een nieuwe klasse van fundamentele deeltjes. Deeltjesfysici konden uiteindelijk verklaren dat de honderden deeltjes in een dierentuin bestaan ​​uit een veel kleiner aantal echt fundamentele deeltjes, quarks genoemd.

Mysterieuze Hadrons

Er zijn zes soorten quarks in het standaardmodel -lager, hoger, vreemd, betoverd, mooi en waar. Ze hebben ook satellieten in de vorm van antimaterie - er wordt aangenomen dat elk deeltje een versie van antimaterie heeft, bijna identiek aan het, maar met een tegengestelde lading. Quarks en antiquarks worden gecombineerd met de creatie van deeltjes die bekend staan ​​als hadronen.

Volgens het Gell-Mann-model zijn er twee wijdHadronklasse. Een van de deeltjes bestaat uit drie quarks - baryons (waaronder protonen en neutronen die atoomkernen vormen) - en andere deeltjes die bestaan ​​uit een kwark en een antiquark, dat wil zeggen mesonen.

Tot voor kort waren baryons en mesonen datde enige typen hadronen die experimenteel werden waargenomen. Maar in de jaren zestig ontdekte Gell-Mann ook de mogelijkheid van meer exotische combinaties van quarks, zoals tetraquark (twee quarks en twee antiquark) en pentaquarks (vier quarks en een antiquark).

In 2014 was de LHCb een van de viergigantische experimenten in de Large Hadron Collider op CERN publiceerde resultaten waaruit bleek dat deeltje Z (4430) + een tetraquark was. Dit genereerde een stroom van interesse in nieuwe exotische hadronen. Toen kondigde LHCb in 2015 de ontdekking aan van de eerste pentaquark ooit, die een geheel nieuwe klasse deeltjes aan de familie van hadronen toevoegde.

Resultaten gepresenteerd door LHCb vandaaguitbreiden na de eerste ontdekking van pentaquarks door extra dergelijke deeltjes te detecteren. Dit werd mogelijk gemaakt dankzij de stroom van nieuwe gegevens die werden vastgelegd tijdens de tweede lancering van de Large Hadron Collider. Lyming Zhang, een professor aan de Tsinghua Universiteit in Beijing en een van de natuurkundigen die de metingen uitvoerde, zegt dat "we nu tien keer meer gegevens hebben dan in 2015, waardoor we meer interessante en dunnere structuren kunnen zien dan voorheen." Toen Leaming en zijn collega's het oorspronkelijke pentaquark, dat in 2015 werd ontdekt, hebben onderzocht, waren ze verrast om te horen dat het in twee delen was verdeeld. Het oorspronkelijke pentaquark bestond uit twee afzonderlijke pentaquark-deeltjes, die massa's hadden die zo op elkaar leken dat ze als één deeltje werden genomen.

Maar twee pentaquark voor de prijs van één is dat nietal het interessante nieuws. LHCb vond ook een derde pentaquark met een massa kleiner dan de eerste twee. Alle drie pentaques bestaan ​​uit een lagere kwark, twee bovenste, betoverde kwark en betoverde antiquark.

De grote vraag is dit: Wat is de exacte interne structuur van deze pentaquarks? Een van de opties is dat ze echt uit vijf quarks bestaan, gelijkmatig gemengd in één hadron. Een andere mogelijkheid is dat pentaquarks in feite een baryon en een meson zijn, die samen een zwak gebonden molecuul vormen, net zoals protonen en neutronen in de atoomkern samen worden gebonden.

Tomash Skvarnitsky, een professor in de fysica in SyracuseDe universiteit in New York, die ook aan de meting werkte, zei dat de nieuwe staat "een mis heeft die aanwijzingen geeft over de interne structuur van pentaquarks." De meest waarschijnlijke optie is dat deze pentaquarks baryon-mesonmoleculen zijn, voegt hij eraan toe. Om absoluut zeker te zijn, zullen natuurkundigen aanvullende experimenten moeten uitvoeren en een theorie moeten ontwikkelen. Dit betekent dat de geschiedenis van pentaquarks verre van compleet is.

Deze resultaten eindigen de week van ongelooflijkLHCb-advertenties, waaronder de ontdekking van een nieuw soort materie en antimaterie-asymmetrie. De LHC heeft nog geen deeltjes gedetecteerd die verder gaan dan het standaardmodel, wat zou kunnen helpen raadsels zoals donkere materie verklaren, een onzichtbare en onbekende substantie die het grootste deel van de materie in het universum vormt.

Deze spannende metingen laten echter ziener valt nog veel te leren over de deeltjes en krachten van het standaardmodel. Misschien is onze beste kans om antwoorden te vinden op de grote vragen waarmee de fundamentele natuurkunde geconfronteerd wordt, om de deeltjes gedetailleerder te bestuderen, waarvan we al weten, en geen nieuwe te ontdekken. In ieder geval valt nog veel te ontdekken.

Wat denk je dat we zullen vinden? Vertel het ons in onze chat in Telegram.