Wielki Zderzacz Hadronów wykrył 3 nowe nieznane dotąd cząsteczki

Fizycy z CERN ogłosili właśnie odkrycie przez Wielki Zderzacz Hadronów trzech nowych cząsteczek, które mogą ujawnić nowe istotne informacje na temat układów kwarków, jednego z dwóch typów cząstek elementarnych będących składnikami materii. Zwiastuje ono, czego jeszcze LHC może dokonać w przyszłości, jako że dopiero co zaczął zderzać ze sobą strumienie protonów o niespotykanej wcześniej energii.

Kombinacje kwarków, czyli hadrony

Kombinacje kwarków nazywa się hadronami. Każdy hadron składa się zarówno z kwarków i antykwarków. Hadronami są na przykład doskonale znane protony i neutrony. Każdy z nich składa się z trzech kwarków.

Kwarki występują w sześciu różnych wersjach – górnej, dolnej, dziwnej, powabnej, niskiej i wysokiej. Te mogą łączyć się ze sobą w przeróżnych wariacjach, tworząc niepowtarzalne cząsteczki.

Hadrony, jakich jeszcze nie widziano

Trzy nowo wykryte cząstki to nowe kombinacje kwarków, z którymi naukowcy się dotąd nie spotkali. Dwie z nich to przykłady tetrakwarków, czyli układów zawierających cztery kwarki, a trzecia to przykład pentakwarka, układu zawierającego pięć kwarków. Wszystkie są zgodne z założeniami tak zwanego Modelu Standardowego – czołowej teorii opisującej wszystkie fundamentalne cząstki tworzące materię i siły, które nimi rządzą.

Nowy pentakwark składa się kwarków dziwnego, górnego, dolnego i powabnego oraz antykwarka powabnego. To w zasadzie pierwszy poznany pentakwark zawierający dziwny kwark. Nowe tetrakwarki są tworzone zaś odpowiednio przez kwark powabny, kwark górny, antywark dziwny i antykwark dolny oraz kwark powabny, kwark dolny, antykwark dziwny i antykwark górny.

Dwa nowe tetrakwarki wykryte z pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów. | Źródło: CERN

„Znalezienie nowych rodzajów tetrakwarków i pentakwarków oraz zmierzenie ich właściwości pomoże teoretykom opracować ujednolicony model egzotycznych hadronów, których dokładna natura jest w dużej mierze nieznana.”, powiedział w komunikacie CERN Chris Parkes, rzecznik LHCb, jednego z siedmiu eksperymentów używających detektorów cząstek elementarnych do gromadzenia danych w Wielkim Zderzaczu Hadronów. „Pomoże też lepiej zrozumieć konwencjonalne hadrony.”

Jedno z wielu dokonań LHC

Warto wspomnieć, że jak dotychczas dzięki Wielkiemu Zderzaczu Hadronów odkryto sześćdziesiąt rożnych hadronów, a LHCb odpowiada za odkrycie 59 z nich. Teraz, skoro rozpoczęła się już trzecia runda pracy machiny, w ramach które ta będzie zderzać strumienie protonów o rekordowej energii, naukowcy spodziewają się kolejnych odkryć.

„Im więcej analiz przeprowadzamy, tym więcej rodzajów egzotycznych hadronów znajdujemy.”, powiedział Niels Tuning, koordynator ds. fizyki w LHCb. „Jesteśmy świadkami okresu odkryć podobnego do lat 50. XX wieku, kiedy zaczęto odkrywać ‘cząstkowe zoo’ hadronów, co ostatecznie w latach 60. XX wieku doprowadziło do powstania modelu hadronów konwencjonalnych. Tworzymy ‘cząstkowe zoo 2.0’.”

Rzecz jasna, naukowcy liczą na to, że teraz z pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów uda się odkryć nie tylko kolejne nowe hadrony, ale również chociażby ciemną materię. Jeśli możliwości LHC do tego nie wystarczą, trzeba będzie liczyć na to, że owocne okażą się prace nad akceleratorem cząstek nowej generacji, którego tunel ma mieć aż 100 kilometrów długości. CERN już zatwierdziła jego plany budowy. Ta ma wystartować nie wcześniej niż w 2038 roku.

Źródło: CERN, fot. tyt. CERN