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

Det internationale LHCb-samarbejde ved Large Hadron Collider (LHC) har observeret tre aldrig før sete partikler:en ny slags pentaquark og det første nogensinde tetraquarkpar, som inkluderer en ny type tetraquark. Resultaterne, præsenteret i dag på et CERN-seminar, tilføjer tre nye eksotiske medlemmer til den voksende liste over nye hadroner fundet på LHC. De vil hjælpe fysikere med bedre at forstå, hvordan kvarker binder sammen til disse sammensatte partikler.

Kvarker er elementære partikler og kommer i seks smagsvarianter:op, ned, charme, mærkelig, top og bund. De kombinerer normalt sammen i grupper på to og tre for at danne hadroner såsom de protoner og neutroner, der udgør atomkerner. Mere sjældent kan de dog også kombineres til fire-kvark- og fem-kvark-partikler eller "tetraquarks" og "pentaquarks". Disse eksotiske hadroner blev forudsagt af teoretikere på samme tid som konventionelle hadroner for omkring seks årtier siden, men først for relativt nylig, i de sidste 20 år, er de blevet observeret af LHCb og andre eksperimenter.

De fleste af de eksotiske hadroner, der er opdaget i de sidste to årtier, er tetraquarks eller pentaquarks, der indeholder en charme-kvark og en charm-antikvark, hvor de resterende to eller tre kvarker er en op-, ned- eller mærkelig kvark eller deres antikvarker. Men i de seneste to år har LHCb opdaget forskellige slags eksotiske hadroner. For to år siden opdagede samarbejdet en tetraquark bestående af to charme-kvarker og to charm-antikvarker og to "open-charm"-tetraquarks bestående af en charm-antikvark, en up-quark, en down-kvark og en mærkelig antikvark. Og sidste år fandt den det første nogensinde forekomst af en "dobbelt åben charme" tetraquark med to charme-kvarker og en op- og en ned-antikvark. Åben charme betyder, at partiklen indeholder en charmekvark uden en tilsvarende antikvark.

Opdagelserne annonceret i dag af LHCb-samarbejdet omfatter nye slags eksotiske hadroner. Den første slags, observeret i en analyse af "henfald" af negativt ladede B-mesoner, er en pentaquark, der består af en charme-kvark og en charme-antikvark og en op-, en ned- og en mærkelig kvark. Det er den første pentaquark, der er fundet at indeholde en mærkelig kvark. Fundet har en kæmpe statistisk signifikans på 15 standardafvigelser, langt ud over de 5 standardafvigelser, der kræves for at gøre krav på observation af en partikel i partikelfysik.

Den anden slags er en dobbelt elektrisk ladet tetraquark. Det er en åben-charme tetraquark sammensat af en charme-kvark, en mærkelig antikvark og en op-kvark og en ned-antikvark, og den blev spottet sammen med sin neutrale pendant i en fælles analyse af henfald af positivt ladede og neutrale B-mesoner. De nye tetraquarks, observeret med en statistisk signifikans på 6,5 (dobbeltladede partikler) og 8 (neutral partikel) standardafvigelser, repræsenterer første gang et par tetraquarks er blevet observeret.

"Jo flere analyser vi udfører, jo flere slags eksotiske hadroner finder vi," siger LHCb fysikkoordinator Niels Tuning. "Vi er vidne til en opdagelsesperiode svarende til 1950'erne, hvor en 'partikelzoo' af hadroner begyndte at blive opdaget og i sidste ende førte til kvarkmodellen af ​​konventionelle hadroner i 1960'erne. Vi skaber 'partikelzoo 2.0'."

"At finde nye slags tetraquarks og pentaquarks og måle deres egenskaber vil hjælpe teoretikere med at udvikle en samlet model af eksotiske hadroner, hvis nøjagtige karakter er stort set ukendt," siger LHCb-talsmand Chris Parkes. "Det vil også hjælpe til bedre at forstå konventionelle hadroner."

Mens nogle teoretiske modeller beskriver eksotiske hadroner som enkelte enheder af tæt bundne kvarker, forestiller andre modeller dem som par af standard hadroner løst bundet i en molekylelignende struktur. Kun tid og flere undersøgelser af eksotiske hadroner vil vise, om disse partikler er den ene, den anden eller begge. + Udforsk yderligere

Ny eksotisk stofpartikel, en tetraquark, opdaget