Fizicienii care lucrează la experimentul LCHb (Large Hadron Collider beauty experiment) au descoperit ceea ce pare a fi o întreagă familie de particule noi pe care fizica actuală nu o poate explica.

Existența unor noi forme de materie, reprezentate de tetraquarcuri, ridică semne de întrebare privind rolul acestora în interiorul protonilor și neutronilor care formează atomii, blocurile fundamentale ale materiei din Univers.

Quarcuri

Quarcurile din interiorul nucleonilor. Credit: MichaelTaylor/Shutterstock.com

„Am analizat fiecare particulă cunoscută şi am constatat că cele 4 structuri, recent descoperite, nu pot fi explicate pe baza fizicii actuale”, a declarat Thomas Britton de la Syracuse University.

Ce este un tetraquarc? În forma lor cea mai simplă, quarcurile sunt particule elementare din interiorul protonilor și neutronilor, care compun nucleul atomilor. În conformitate cu Modelul Standard al fizicii actuale, există 6 tipuri diferite de quarcuri: up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b) și top (t). Quarcurile sunt menținute în interiorul protonilor şi neutronilor prin intermediul unor particule și mai mici, denumite gluoni şi în funcţie de masa lor pot fi grele sau ușoare.

Până de curând s-a crezut că quarcurile formează grupuri de câte 2 sau 3 particule, dar în anul 2014 fizicienii de la LHCb, unul dintre cele 7 experimente din fizica particulelor care se desfăşoară în cadrul acceleratorului Large Hadron Collider de la CERN în Elveția, au confirmat existența unei particule formată din 4 quarcuri denumită tetraquarc. Mai mult, anul trecut s-a confirmat existența unui alt tip de quarc, o particulă formată din 5 quarcuri denumită pentaquarc.

La începutul acestui an o echipă de cercetători de la Fermilab a anunțat că a descoperit un tetraquarc, dar anunţul a fost întâmpinat cu scepticism. Cu toate acestea, cercetătorii implicaţi în experimentul LHCb au identificat recent 4 noi tipuri de tetraquarcuri care par să aparțină aceleiași familii exotice.

„Ceea ce am descoperit reprezintă o familie unică”, a declarat Tomasz Skwarnicki, unul dintre cercetători. „Avem 4 particule exotice de același tip. Este prima dată când am văzut acest lucru și această descoperire ne ajută să putem face o distincție între diferitele noastre modele teoretice”.

În funcţie de msa lor, noile particule au fost denumite X (4140), X (4274), X (4500), și X (4700), iar fiecare dintre ele conține o combinație unică de două quarcuri charm și două quarcuri strange. Astfel, acestea sunt primele tetraquarcuri compuse în întregime din quarcuri grele.

Prin „excitarea” quarcurilor din interiorul tetraquarcurilor, cercetătorii au putut să studieze structura internă unică a acestor noi particule, determinând masa şi numerele cuantice ale acestora. Astfel, ei au descoperit că aceste particule au o structură internă care nu se potrivește cu modelele din fizica actuală, care lucrează cu aşa-numitele particule obișnuite, cum ar fi hadronii care sunt formaţi dintr-un quarc și un antiquarc sau din 3 quarcuri distincte.

Fizicienii încearcă acum să creeze noi modele teoretice pentru a explica rezultatele obţinute.

Se aşteaptă ca existenţa tetraquarcurilor să fie confirmată prin cercetări suplimentare. Rămâne de văzut dacă această nouă familie de particule poate fi explicată de fizicienii teoreticieni sau dacă aceste particule apar ca urmare a unor „efecte de undă” ciudate care nu au fost observate niciodată la particulele cunoscute în prezent.

„Explicația moleculară nu se potrivește cu datele”, a declarat Skwarnicki.

„Eu n-aş concluziona că aici este vorba despre noi particule care sunt compuse, cu siguranță, din 4 quarcuri. Rezultatul s-ar putea datora unor interferenţe complexe între diferite perechi de particule cunoscute în urma cărora identitatea acestora se schimbă”, a adăugat Skwarnicki.

Sursă: Science Alert