Produktionsmekanismer. Den övre panelen visar kvarklinjediagrammen vid den elektrosvaga vertexen, och de nedre panelerna visar motsvarande produktionsdiagram för Pc-tillstånd. (a) Färgförstärkta, (b) färgundertryckta och (c) icke-faktoriserbara färgundertryckta mekanismer. Kredit:T. J. Burns et al, Physical Review D (2022). DOI:10.1103/PhysRevD.106.054029
Teoretiker vid University of Pittsburgh och Swansea University har visat att de senaste experimentella resultaten från CERN-kollideren ger starka bevis för en ny form av materia.
Experimentet vid CERN, platsen för världens partikelkolliderare med högst energi, undersökte en tung partikel som kallas Lambda b som sönderfaller till lättare partiklar, inklusive den välbekanta protonen och den berömda J/psi, som upptäcktes 1974.
I en artikel publicerad online idag i Physical Review D , hävdar fysikerna Tim Burns från Swansea i Wales och Eric Swanson vid Pitt att data endast kan förstås om en ny typ av materia existerar.
Det mesta av universums observerbara massa kommer från partiklar som kallas kvarkar som kombineras för att göra den välbekanta protonen och neutronen och en mängd andra partiklar som interagerar mycket starkare än elektroner eller neutriner. Dessa starkt interagerande partiklar är kända kollektivt som hadroner, beskrivna i Quantum Chromodynamik teorin. Även om denna teori närmar sig sin 50-årsdag är det fortfarande notoriskt svårt att urskilja dess inre funktion.
"Quantum Chromodynamik är standardmodellens problembarn," sa Swanson. "Att lära sig vad det säger om hadroner kräver att man kört världens snabbaste datorer i åratal, vilket gör det svårt att svara på de dussintals frågor som detta enstaka experiment väcker."
Av denna anledning är det viktigt att göra experiment med hadroner – och tolka resultaten korrekt – för att förstå kvantkromodynamiken.
Tills nyligen kunde alla hadroner förstås som kombinationer av en kvark och en antikvark, som J/psi, eller kombinationer av tre kvarkar, som protonen. Trots detta har det länge misstänkts att andra kvarkkombinationer är möjliga - vad som motsvarar nya former av materia. Sedan, 2004, upptäcktes en partikel som heter X(3872), som verkade vara en kombination av två kvarkar och två antikvarkar. Andra kandidatnyheter har kommit sedan dess, även om ingen av dem definitivt kan identifieras som exotiska nya kombinationer av kvarkar.
"Ibland är en bula i data en underbar ny sak, och ibland är det bara en bula," sa Swanson.
Det nya arbetet kombinerar CERN-data med andra experiment från 2018 och 2019 för att komma fram till en konsekvent förklaring till alla fynd.
"Vi har en modell som förklarar data vackert och för första gången innehåller alla experimentella begränsningar," sa Burns. Förklaringen kräver att det finns flera nya partiklar som består av fyra kvarkar och en antikvark, kallad "pentaquarks". Forskningen indikerar också att pentaquarks är precis vid tröskeln för att kunna observeras vid andra laboratorier.
"Det finns egentligen inget annat sätt att tolka uppgifterna - pentaquark-tillstånd måste existera," sa Burns. Slutsatsen väcker möjligheten att andra pentaquarks är möjliga, och att en helt ny klass av materia är på väg att bli upptäckt. + Utforska vidare
