Το πείραμα LHCb ανακάλυψε δύο, ίσως και τρία νέα σωματίδια. LHCb experiment discovers two, perhaps three, new particles

It could be three for the price of one. The LHCb collaboration has found two never-before-seen particles, as well as hints of another new particle, in high-energy proton collisions at the Large Hadron Collider (LHC). Future studies of the properties of these new particles will shed light on the strong force that binds subatomic particles called quarks together. The LHCb experiment at CERN. (Image: CERN)

Το πείραμα LHCb μέσα από τις συγκρούσεις πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, ανακάλυψε δυο νέα σωματίδια και έδωσε επίσης ενδείξεις για τρίτο νέο σωματίδιο. Η μελλοντική διερεύνηση των ιδιοτήτων αυτών των νέων σωματιδίων θα ρίξουν φως στην ισχυρή δύναμη η οποία κρατάει τα κουάρκ δέσμια στο εσωτερικό σύνθετων σωματιδίων, όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια.

Τα νέα σωματίδια προβλέπονται από τη θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων και ανήκουν στην ίδια οικογένεια σωματιδίων με τα πρωτόνια, τα βαρυόνια, που αποτελούνται από τρία κουάρκ. Ενώ τα πρωτόνια περιέχουν δυο πάνω κουάρκ και ένα κάτω κουάρκ, τα νέα σωματίδια που ονομάζονται Σ_b(6097)⁺ και Σ_b(6097)^– αποτελούνται από ένα κουάρκ πυθμένα και δυο πάνω κουάρκ (buu) ή ένα κουάρκ πυθμένα και δυο κάτω κουάρκ (bdd), αντίστοιχα. Τέσσερα παρόμοια με αυτά σωματίδια, γνωστά ως  Σ_b⁺, Σ_b^–, Σ_b^*+ και Σ_b^*- παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά σε ένα πείραμα στο Fermilab, όμως τώρα είναι η πρώτη φορά που τα δυο μεγαλύτερα Σ_b(6097)⁺ και Σ_b(6097)^– ανιχνεύονται.

Η συνεργασία LHCb ανακάλυψε αυτά τα σωματίδια χρησιμοποιώντας την κλασική τεχνική αναζήτησης νέων σωματιδίων που ψάχνει για κάποια περίσσεια γεγονότων, μια κορυφή πάνω σε ένα ομαλό υπόβαθρο γεγονότων στα δεδομένα από τις συγκρούσεις των σωματιδίων. Έτσι βρέθηκαν δυο κορυφές που αντιστοιχούν στα σωματίδια Σ_b(6097)⁺ και Σ_b(6097)^– με την απαιτούμενη στατιστική ακρίβεια. Ο αριθμός 6097 αναφέρεται στις κατά προσέγγιση μάζες των νέων σωματιδίων σε MeV, που είναι περίπου έξι φορές μεγαλύτερη από την μάζα του πρωτονίου.

Το σωματίδιο Z_c^–(4100) (μπλε συντονισμός κάτω) συνεισφέρει στο αντίστοιχο «καρούμπαλο» των πειραματικών δεδομένων.

Στα δεδομένα της ομάδας LHCb εμφανίστηκαν ενδείξεις για ένα τρίτο σωματίδιο, το οποίο ονομάζεται Z_c^–(4100). Πρόκειται για ένα διαφορετικό είδος σωματιδίου που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ (δυο κουρκ και δυο αντικουάρκ), δυο από το οποία είναι γοητευτικά κουάρκ. Aυτά τα εξωτικά μεσόνια ονομάζονται και «τετρακουάρκ», τα οποία όπως και τα «πεντακουάρκ» είχαν προβλεφθεί από θεωρητικά αλλά ανακαλύφθηκαν προσφάτως. Πάντως, για την επίσημη επιβεβαίωση του σωματιδίου Z_c^–(4100) χρειάζονται περισσότερα πειραματικά δεδομένα.

Τα νέα αυτά ευρήματα αποτελούν ένα ακόμα βήμα στην κατανόηση της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.

Πηγές: https://arxiv.org/abs/1809.07416 - https://home.cern/about/updates/2018/09/lhcb-experiment-discovers-two-perhaps-three-new-particles - https://physicsgg.me/2018/09/28/το-πείραμα-lhcb-ανακάλυψε-δύο-ίσως-και-τρί/