Επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη σωμάτιου τεσσάρων quarks

Πρώτα υπήρχαν σημάδια και υπόνοιες, όμως τώρα υπάρχει μια βεβαιωμένη παρατήρηση ενός σωματιδίου τεσσάρων quarks, που ονομάζεται Z(4430). Ερευνητές μελετώντας διασπάσεις του Β μεσονίου, στο LHCb, συνέλεξαν αρκετά σημαντικά στοιχεία για να δηλώσουν στο τελευταίο Physical Review Letters ότι το Z(4430) είναι ένα όντως αξιόπιστο σωμάτιο. Συνδέει άλλα εξωτικά σωμάτια, όπως τα X(3872), Zc(3900) και Y(4140), που προκαλεί τη συμβατική γνώση ότι τα quarks συνδυάζονται μόνο σε ζεύγη ή τριάδες.

Το πείραμα LHCb, από τα αρχικά του Large Hadron Collider beauty, ειδικεύεται στην έρευνα των λεπτών διαφορών μεταξύ ύλης και αντιύλης μελετώντας ένα τύπο σωματίων που ονομάζεται «beauty quark» ή «b quark». Θεωρείται ότι θα μπορέσει να φωτίσει το δρόμο προς την απάντηση του ερωτήματος «γιατί το Σύμπαν εμφανίζεται να συντίθεται σχεδόν ολοκληρωτικά από ύλη και όχι από αντιύλη».

Το 2008, στο πείραμα Belle στην Ιαπωνία αναφέρθηκε μια κορυφή στα δεδομένα από τη διάσπαση Β μεσονίου, που έδειχνε ένα αρνητικά φορτισμένο σωμάτιο με μάζα 4,5 φορές αυτής του πρωτονίου. Η συγκρότηση αυτού του σωμάτιου Z(4430) από quarks, έθετε ένα γρίφο: η διάσπασή του υπονοούσε ότι περιείχε ένα charm quark και ένα αντι-charm, ενώ το φορτίο του απαιτούσε την ύπαρξη δυο ακόμη quark (για παράδειγμα ένα down και ένα αντι-up) δίνοντας ένα τελικό άθροισμα τεσσάρων quarks. Ωστόσο, επόμενες μελέτες στο πείραμα BaBar του SLAC έθεσαν υπό αμφισβήτηση τα στοιχεία για ύπαρξη ενός νέου σωμάτιου.

Στο πείραμα LHCb στο CERN, στη Γενεύη, που οργανώθηκε πρωταρχικά για να μελετήσει τη φυσική του bottom-quark στις συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων στο LHC, συλλέχθηκαν 25000 σχετικές B0 διασπάσεις, που συλλέχθηκαν από 180 τρισεκατομμύρια (180×10^12) συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων, σε ενέργειες 7 και 8 TeV. Αυτό το δείγμα ήταν κατά ένα παράγοντα 10 ευρύτερο από το σύνολο των δεδομένων στα πειράματα Belle και BaBar.

Η ανάλυση από τους συνεργαζόμενους στο LHCb έδειξε ένα πολύ ισχυρά σημαντικό σήμα (13,9 σ – τυπικές αποκλίσεις επάνω από το υπόβαθρο) που οδήγησε στην απόσυρση οποιασδήποτε αμφιβολίας ότι το Z(4430) είναι ένα αληθινό σωμάτιο. Η ομάδα επίσης επιβεβαίωσε ότι το σωμάτιο έχει spin 1 και θετική parity, στοιχεία που αποκλείουν την ερμηνεία των «υπογραφών» του σωμάτιου ως προερχόμενα μόνο από ένα ζευγάρι των (δυο quarks) D μεσονίων. Η μόνη εξήγηση που απέμεινε, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι ότι το Z(4430) αποτελεί μια κατάσταση τεσσάρων συνδεδεμένων quarks.

Πηγές: APS, CERN, LHCb

Τη μελέτη σε pdf μπορεί να τη βρει όποιος θέλει (ελεύθερα) στη διεύθυνση: http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.112.222002