Экзотические субатомные частицы составили из пяти кварка, что физики кратко думали, что обнаружили назад в 2003, теперь наконец, кажется, находятся в сумке. Поэтому скажите физиков, работающих в лаборатории CERN в Женеве, Швейцария, кто утверждает, что нашел неопровержимое доказательство для существования так называемого pentaquarks в развалинах богатых энергией протонных столкновений.
Открытие «заполнило большое отверстие» в теории, описывающей, как вопрос создается от элементарных частиц, известных как кварк, говорит Гай Уилкинсон, представитель в LHCb, одном из четырех главных датчиков в Большом коллайдере адрона (LHC), который был позади находки. Та теория, выдвинутая физиком Мюрреем Гелл-Манном в 1964, описывает, как протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра, самостоятельно составлены из трех кварка и как другие частицы, известные как мезоны, сделаны от пар кварка и их коллег антивещества, антикварков.
Однако схема Гелл-Манна также указала на существование pentaquarks, составленного из четырех кварка и антикварка. Отсутствие любых доказательств таких частиц за прошлые 50 лет, говорит, что Уилкинсон, «не бросил теорию в дурную славу, но становился все более и более неприятным».
Для ловли неуловимой добычи Уилкинсон и коллеги изучили порчу частиц «лямбды-b», созданных протонами, сталкивающимися в LHCb. Они измерили объединенную энергию двух из продуктов распада — протон и мезон, известный как J/Psi, состоящий из кварка «очарования» и антикварка — и затем суммировавший, сколько раз они делали запись каждой энергетической ценности через тысячи столкновений, которые они изучили. Они нашли, что число соединений с определенной энергией — немного под пять раз массой протона — было намного выше, чем будет ожидаться случайно. (Энергия и масса эквивалентны, согласно уравнению Эйнштейна E = mc2.) Исследователи пришли к заключению, что это было массой мимолетного «чармония» pentaquark содержащий два кварк, один вниз кварк, один кварк очарования и один кварк античарма.
LHCb собрал данные назад в 2011 и 2012, но бригада Уилкинсона сдержалась от объявления об их открытии для предотвращения судьбы тех, кто предъявил более ранние претензии pentaquark наблюдений. Двенадцать лет назад приблизительно дюжина исследовательских групп со всего мира объявила, что у них были доказательства более легкого pentaquark, известного как тета – плюс, но более детальные изучения показали, что все требования были иллюзорны.
Застраховать их результат было прочно, сотрудничество LHCb использовало показ данных не только энергия частиц, произведенных в столкновениях CERN, но также и их направлениях. Управляя этими данными через компьютерную модель, они нашли, что могли заставить результаты эксперимента и вывод модели согласовывать только, когда они включали два чармония pentaquarks в процесс порчи лямбды-b — одно наличие массы 4,45 гигаэлектронвольтов (ГэВ) и другой масса 4,38 ГэВ (Для сравнения, протон взвешивается в 0,94 ГэВ), исследование было загружено на arXiv сервер и представлено журналу Physical Review Letters.
Физики снаружи сотрудничества соглашаются, что результат выглядит убедительным. «Они, кажется, сочли убедительные доказательства для ‘тяжелого кварка’ pentaquark государством», говорит Кен Хикс из Университета Огайо. Кертис Мейер из Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге, Пенсильвания, соглашается. «В том, чтобы читать газету я не видел ничего, на что я могу легко указать как потенциальная проблема», говорит он, несмотря на то, что он добавляет, что «с любым результатом как это, подтверждение очень важно».LHC, запущенный снова в апреле после 2-летнего закрытия для обновления машины для работы в более высоких энергиях.
Теперь, свежие данные, которые будут течь в LHCb, должны позволить ученым изучить структуру pentaquark, говорит Уилкинсон. Это не ясно в этом пункте, он объясняет, связан ли все пять кварка плотно вместе в новой частице, или группируется ли вместо этого три кварка, как они делают внутренние протоны и нейтроны и другие два формируют отдельный мезон — немного как два атома, объединяющиеся для формирования молекулы.Уилкинсон говорит, что, потому что pentaquarks мог бы быть сформирован в разрушающихся звездах, их открытие могло бы сказать нам больше о том, из чего составлены звезды и как они развиваются. Новые данные могли бы также привести к открытию другого pentaquarks с различными массами. «Теперь, когда мы знаем, что природа позволяет пяти кварку быть связанным, было бы очень странно действительно, если просто этому набору кварка позволяют сосуществовать этим способом», говорит он. «Должны быть многие другие.
Мы должны будем просто пойти и охотиться для них».