Den nya pentakvarken, illustrerad här som ett par standardhadroner löst bundna i en molekylliknande struktur, består av en charmkvark och en charmantikvark och en upp, en ner och en märklig kvark. Kredit:CERN
Det internationella LHCb-samarbetet vid Large Hadron Collider (LHC) har observerat tre aldrig tidigare skådade partiklar:en ny sorts pentaquark och det första tetraquarkparet någonsin, som inkluderar en ny typ av tetraquark. Resultaten, som presenterades idag vid ett CERN-seminarium, lägger till tre nya exotiska medlemmar till den växande listan över nya hadroner som hittats vid LHC. De kommer att hjälpa fysiker att bättre förstå hur kvarkar binder samman till dessa sammansatta partiklar.
Kvarkar är elementära partiklar och finns i sex smaker:upp, ner, charm, konstigt, topp och botten. De kombineras vanligtvis i grupper om tvåor och treor för att bilda hadroner som protoner och neutroner som utgör atomkärnor. Mer sällan kan de emellertid också kombineras till fyrkvark- och femkvark-partiklar, eller "tetraquarks" och "pentaquarks". Dessa exotiska hadroner förutspåddes av teoretiker samtidigt som konventionella hadroner för ungefär sex decennier sedan, men först relativt nyligen, under de senaste 20 åren, har de observerats av LHCb och andra experiment.
De flesta av de exotiska hadroner som upptäckts under de senaste två decennierna är tetraquarks eller pentaquarks som innehåller en charmkvark och en charmantikvark, med de återstående två eller tre kvarkar som är en upp-, ner- eller märklig kvark eller deras antikvarkar. Men under de senaste två åren har LHCb upptäckt olika typer av exotiska hadroner. För två år sedan upptäckte samarbetet en tetrakvark som består av två charm-kvarkar och två charmantikvarkar, och två "öppen-charm"-tetrakvarkar bestående av en charmantikvark, en upp-kvark, en dunkvark och en märklig antikvark. Och förra året hittade den den första instansen någonsin av en "dubbel öppen charm" tetrakvark med två charmkvarkar och en upp och en ned antikvark. Öppen berlock betyder att partikeln innehåller en charmkvarg utan motsvarande antikvark.
De två nya tetrakvarkarna, illustrerade här som enstaka enheter av tätt bundna kvarkar. En av partiklarna är sammansatt av en charmkvark, en märklig antikvark och en upp- och en ner-antikvark (vänster), och den andra består av en charmkvark, en märklig antikvark och en upp- och nerkvark (höger) . Kredit:CERN
De upptäckter som LHCb-samarbetet tillkännager idag inkluderar nya typer av exotiska hadroner. Den första typen, som observerats i en analys av "förfall" av negativt laddade B-mesoner, är en pentakvark som består av en charmkvark och en charmantikvark och en upp-, en ner- och en märklig kvark. Det är den första pentaquark som hittats innehålla en konstig kvark. Fyndet har en enorm statistisk signifikans på 15 standardavvikelser, långt utöver de 5 standardavvikelser som krävs för att göra anspråk på observation av en partikel i partikelfysik.
Den andra typen är en dubbelt elektriskt laddad tetraquark. Det är en tetrakvark med öppen charm som består av en charmkvark, en märklig antikvark och en uppkvark och en dunantikvark, och den upptäcktes tillsammans med sin neutrala motsvarighet i en gemensam analys av sönderfall av positivt laddade och neutrala B-mesoner. De nya tetraquarks, som observerats med en statistisk signifikans på 6,5 (dubbelladdad partikel) och 8 (neutral partikel) standardavvikelser, representerar första gången ett par tetraquarks har observerats.
"Ju fler analyser vi utför, desto fler typer av exotiska hadroner hittar vi", säger LHCb fysikkoordinator Niels Tuning. "Vi bevittnar en period av upptäckter som liknar 1950-talet, när ett "partikelzoo" av hadroner började upptäckas och i slutändan ledde till kvarkmodellen av konventionella hadroner på 1960-talet. Vi skapar "partikelzoo 2.0."
"Att hitta nya typer av tetraquarks och pentaquarks och mäta deras egenskaper kommer att hjälpa teoretiker att utveckla en enhetlig modell av exotiska hadroner, vars exakta natur är till stor del okänd", säger LHCb:s talesperson Chris Parkes. "Det kommer också att hjälpa till att bättre förstå konventionella hadroner."
Medan vissa teoretiska modeller beskriver exotiska hadroner som enstaka enheter av tätt bundna kvarkar, föreställer sig andra modeller dem som par av standardhadroner som är löst bundna i en molekylliknande struktur. Endast tid och fler studier av exotiska hadroner kommer att utvisa om dessa partiklar är den ena, den andra eller båda. + Utforska vidare
