Team af fysikere finder tegn på pentaquark-tilstande og nyt stof

Teoretikere ved University of Pittsburgh og Swansea University har vist, at nylige eksperimentelle resultater fra CERN-kollideren giver stærke beviser for en ny form for stof.

Eksperimentet på CERN, stedet for verdens højeste energipartikelkolliderer, undersøgte en tung partikel kaldet en Lambda b, der henfalder til lettere partikler, inklusive den velkendte proton og den berømte J/psi, opdaget i 1974.

I et papir offentliggjort online i dag i Physical Review D , argumenterer fysikerne Tim Burns fra Swansea i Wales og Eric Swanson hos Pitt, at dataene kun kan forstås, hvis der eksisterer en ny type stof.

Det meste af universets observerbare masse kommer fra partikler kaldet kvarker, der kombineres for at danne den velkendte proton og neutron og en række andre partikler, der interagerer langt stærkere end elektroner eller neutrinoer. Disse stærkt interagerende partikler er kendt kollektivt som hadroner, beskrevet i Quantum Chromodynamik teorien. Selvom denne teori nærmer sig sin 50-års fødselsdag, er det stadig notorisk vanskeligt at gennemskue dens indre funktioner.

"Kvantekromodynamik er standardmodellens problembarn," sagde Swanson. "At lære, hvad det siger om hadroner, kræver at man har kørt verdens hurtigste computere i årevis, hvilket gør det svært at besvare de snesevis af spørgsmål, som dette enkelt eksperiment rejser."

Af denne grund er det afgørende at eksperimentere med hadroner – og korrekt fortolkning af resultaterne – for at forstå kvantekromodynamikken.

Indtil for nylig kunne alle hadroner forstås som kombinationer af en kvark og en antikvark, som J/psi, eller kombinationer af tre kvarker, som protonen. På trods af dette har det længe været mistanke om, at andre kvarkkombinationer er mulige - hvad der svarer til nye former for stof. Så i 2004 kom opdagelsen af ​​en partikel kaldet X(3872), som så ud til at være en kombination af to kvarker og to antikvarker. Andre kandidatnyheder er kommet til siden da, selvom ingen af ​​dem definitivt kan identificeres som eksotiske nye kombinationer af kvarker.

"Nogle gange er et bump i dataene en vidunderlig ny ting, og nogle gange er det bare et bump," sagde Swanson.

Det nye arbejde kombinerer CERN-dataene med andre eksperimenter fra 2018 og 2019 for at nå frem til en ensartet forklaring på alle resultaterne.

"Vi har en model, der forklarer dataene smukt, og for første gang inkorporerer alle de eksperimentelle begrænsninger," sagde Burns. Forklaringen kræver eksistensen af ​​flere nye partikler, der består af fire kvarker og en antikvark, kaldet "pentaquarks". Forskningen peger også på, at pentaquarks lige er på tærsklen for at blive observeret på andre laboratorier.

"Der er virkelig ingen anden måde at fortolke dataene på - pentaquark-tilstande skal eksistere," sagde Burns. Konklusionen rejser muligheden for, at andre pentaquarks er mulige, og at en helt ny klasse af stof er ved at blive opdaget. + Udforsk yderligere

LHCb opdager tre nye eksotiske partikler:pentaquark og det første par tetraquarks nogensinde