Τρία νέα σωματίδια (τετρακουάρκ) ανακαλύφθηκαν στο CERN. LHCb unveils new particles

A view of the LHCb experimental cavern. (Image: Claudia Marcelloni/CERN)

Στις 28 Ιουνίου οι ερευνητές του LHCb ανακοίνωσαν την ανακάλυψη τριών νέων «εξωτικών» σωματιδίων και την επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός τέταρτου. Το καθένα από αυτά τα σωματίδια συνίσταται από 4 κουάρκ (τετρακουαρκ) – δυο κουάρκ και δυο αντικουάρκ. Τα τετρακουάρκ αποκαλούνται εξωτικά σωματίδια γιατί η ακριβής θεωρητική τους ερμηνεία δεν έχει ακόμα ολοκληρωθεί.

Τα σωματίδια και τα αντισωματίδια το Καθιερωμένου Προτύπου. Αυτά είναι όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και αντισωματίδια στο Σύμπαν μας. Τα σωματίδια που «αισθάνονται» την ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι χρωματισμένα. Όλα τα κουάρκ και το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο, το ταυ και το μποζόνιο W είναι ηλεκτρικά φορτισμένα. Τα οκτώ γλοιόνια (g) και το φωτόνιο (γ) είναι άμαζα ενώ όλα τα άλλα (ακόμα και τα νετρίνα) έχουν μάζα. (Image credit: E. Siegel)

Το μοντέλο των κουάρκ, που προτάθηκε από τους Murray Gell-Mann και George Zweig το 1964, αποτελεί την πιο συνεπή θεωρία για την ταξινόμηση των αδρονίων (όλων τα σύνθετων σωματιδίων) που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, και είναι μέρος του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής. Στο μοντέλο των κουάρκ, τα αδρόνια ταξινομούνται σύμφωνα με τα κουάρκ που περιέχουν. Όμως, το γεγονός ότι όλα τα παρατηρούμενα αδρόνια σχηματίζονται είτε από ζεύγος κουάρκ – αντικουάρκ (στην περίπτωση των μεσονίων) ή από τρία κουάρκ (στην περίπτωση των βαρυονίων) αποτελούσε ένα μυστήριο για πολλά χρόνια.

Την τελευταία δεκαετία, διάφορες ομάδες ερευνητών βρήκαν αποδείξεις για την ύπαρξη σωματιδίων που σχηματίζονταν από περισσότερα των τριών κουάρκ. Για παράδειγμα, το 2009 η συνεργασία CDF ανακάλυψε ένα τέτοιο σωματίδιο, που ονομάστηκε Χ(4140) – ο αριθμός στην παρένθεση είναι η μάζα του σε MeV (μεγαηλεκτρονιοβόλτ) – που αργότερα επιβεβαιώθηκε και από άλλες ανεξάρτητες ομάδες ερευνητών.

Παρόλα αυτά, οι χαρακτηριστικοί κβαντικοί αριθμοί του Χ(4140) δεν είχαν προσδιοριστεί πλήρως, γεγονός που καθιστούσε την θεωρητική ερμηνεία του σωματιδίου αβέβαιη.

Η ερευνητική ομάδα του LHCb κατάφερε να προσδιορίσει αυτούς τους αριθμούς με μεγάλη ακρίβεια, κάτι που θα βοηθήσει πάρα πολύ τον έλεγχο διαφόρων θεωρητικών προτάσεων για τα τετρακουάρκ.

Ενώ το Χ(4140) είχε παρατηρηθεί στο παρελθόν, αυτή τη φορά ανακαλύφθηκαν άλλα τρία εξωτικά σωματίδια με μεγαλύτερες μάζες, που ονομάστηκαν: Χ(4274), Χ4500) και Χ(4700). Παρότι τα αυτά σωματίδια είναι τετρακουάρκ, το καθένα έχει διαφορετική εσωτερική δομή και μάζα και τους δικούς του κβαντικούς αριθμούς.

Το διάγραμμα δείχνει τα δεδομένα (μαύρες κουκίδες) της κατανομής μάζας των μεσονίων J / ψ και φ. Ο ενδιάμεσος σχηματισμός των τεσσάρων τετρακουάρκ εκφράζεται από τους 4 συντονισμούς στο κάτω μέρος. The image above shows the data (black dots) of the mass distribution resulting from the association of the J/ψ and φ mesons, where the contribution of the four exotic particles is illustrated by the four peaks at the bottom. (πηγή:http://arxiv.org/abs/1606.07895)

Τα παραπάνω αποτελέσματα βασίζονται σε μια λεπτομερή ανάλυση της διάσπασης ενός μεσονίου Β+ προς τα μεσόνια J/ψ, φ και Κ+, όπου τα νέα σωματίδια εμφανίζονται ως οι ενδιάμεσες καταστάσεις πριν διασπαστούν στο ζεύγος μεσονίων J / ψ και φ.

H αποκάλυψη των τριών νέων τετρακουάρκ οφείλεται στο γεγονός ότι στην ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν όλα τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στον LHC από το 2010 έως το 2012.

Η ανακοίνωση αυτή αποτελεί την συνέχεια της περσινής ανακάλυψης των πρώτων δύο πεντακουάρκ από τoυς ερευνητές του LHCb.

Πηγή: LHCb unveils new particles, Stefania Pandolfi 

Εντοπίστηκαν 104 νέοι πλανήτες! NASA’s Kepler Confirms 100+ Exoplanets During Its K2 Mission

Ανάμεσα τους κάποιοι βραχώδεις με χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά της Γης. Καλλιτεχνική απεικόνιση του συστήματος με τους τέσσερις βραχώδεις πλανήτες δύο εκ των οποίων μπορεί να διαθέτουν συνθήκες ευνοϊκές στη ζωή. Artist concept. A crop of more than 100 planets, discovered by NASA’s Kepler Space Telescope, includes four in Earth’s size-range orbiting a single dwarf star. Two of these planets are too hot to support life as we know it, but two are in the star’s “habitable” zone, where liquid water could exist on the surface. These small, rocky worlds are far closer to their star than Mercury is to our sun. But because the star is smaller and cooler than ours, its habitable zone is much closer. One of the two planets in the habitable zone, K2-72c, has a “year” about 15 Earth-days long—the time it takes to complete one orbit. This closer planet is likely about 10% warmer than Earth. On the second, K2-72e, a year lasts 24 Earth days, this slightly more distant planet would be about 6% colder than Earth. Credits: NASA/JPL

Διεθνής ομάδα επιστημόνων μελετώντας τα δεδομένα της αποστολής Kepler και χρησιμοποιώντας διάφορα ισχυρά επίγεια τηλεσκόπια εντόπισαν 104 νέους εξωπλανήτες ανεβάζοντας τον αριθμό τους στους περίπου 3.5 χιλιάδες. Εντοπίστηκε ένα σύστημα στο οποίο βρίσκονται 4 βραχώδεις πλανήτες με μέγεθος παρόμοιο με αυτό της Γης με τους ειδικούς να εκτιμούν ότι κάποιοι εξ αυτών πιθανώς να διαθέτουν συνθήκες φιλικές στη ζωή.

Πλανητικό τζακποτ

The habitable zone around stars is a so-called Goldilocks' zone where conditions are just right for liquid water. Credit: by Karl Tate, Infographics Artist

«Η ποικιλία των πλανητών που εντοπίσαμε είναι εκπληκτική. Εντοπίσαμε πολλούς πλανήτες με μέγεθος και χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά της Γης. Άλλοι είναι κοντά στο μητρικό τους άστρο και αναπτύσσουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες αλλά κάποιοι άλλοι φαίνονται πιο φιλικοί στη ζωή» αναφέρει ο Εβαν Σινούκοφ αστρονόμος του Πανεπιστημίου της Χαβάης που ήταν μέλος της ερευνητικής ομάδας. 

Το πιο ενδιαφέρον σύστημα που εντοπίστηκε βρίσκεται σε απόσταση περίπου 181 φωτός από εμάς στην κατεύθυνση του αστερισμού του Υδροχόου. Το σύστημα αποτελείται από το άστρο Κ2-72 που είναι ένας ερυθρός νάνος, δηλαδή ένα άστρο μικρότερης μάζας και θερμότητας από τον Ήλιο. Στο σύστημα αυτό εντοπίστηκαν 4 βραχώδεις πλανήτες με μέγεθος 20%-50% μεγαλύτερο από αυτό της Γης. Οι δύο εξ αυτών είναι πολύ κοντά στο άστρο και αναπτύσσουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες απαγορευτικές για την παρουσία της ζωής. Οι άλλοι δύο όμως βρίσκονται λίγο πιο μακριά και εντός της λεγόμενης κατοικήσιμης ζώνης του άστρου. Την περιοχή δηλαδή όπου σε ένα βραχώδη πλανήτη θα μπορούσε να υπάρχει νερό σε υγρή μορφή συνθήκη που θεωρείται ως η πλέον βασική για την παρουσία της ζωής.