Experimentul LHCb de la acceleratorul LHC de la CERN a descoperit o nouă particulă exotică formată din doi cuarci și doi anticuarci; noul tetracuarc este prima particulă exotică care are dublu….charm, întrucât cei doi cuarci sunt de tip „charm”.

Cuarcii

Cuarcul (sau quark) este o particulă elementară, adică nu este compus din alte particule mai „mici” (din câte știm la ora actuală), și care face parte din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare. Nu există cuarci liberi – aceștia formează particule compuse, precum protonii sau neutroni. Nucleonii (nume generic pentru protoni și neutroni) sunt compuși din trei cuarci; există și alt gen de particule, mezonii, alcătuiți dintr-un cuarc și un anticuarc. Cuarcii sunt protagoniștii interacțiunii nucleare puternice – cea descrisă de teoria cromodinamicii cuantice. Tocmai această teorie ne spune cum cuarcii nu pot există liberi și a dezvoltat un formalism (sarcina de culoare) care ne arată cum în Natură există doar combinații de cuarci, cu anumite reguli. Deci pot exista particule compuse din trei cuarci (sau trei anticuarci), dintr-un cuarc și un anticuarc, însă – atâta vreme cât regulile cromodinamicii cuantice sunt respectate – pot exista și combinații exotice de cuarci.

Combinații exotice de cuarci

În Natură pot exista și combinații de cuarci diferite față de cele mai simple; astfel, pot exista sisteme de mulți-cuarci, multiplii de trei, sau particule exotice compuse din cuarci și anticuarci în numere egale. Ar putea inclusiv exista particule compuse nu doar din cuarci, ci și din gluoni – echivalentul fotonului pentru interacțiunea puternică. Aceste sisteme exotice de cuarci au fost căutate de-a lungul anilor în multe experimente; recent, prin dezvoltarea de detectoare din ce în ce mai performante dar și a acceleratoarelor de particule, au fost descoperite câteva astfel de sisteme exotice, precum o serie de tetracuarci – adică particule formate din doi cuarci și doi anticuarci.

 Tetracuarcul Tcc+

O nouă descoperire în această direcție a fost realizată de colaborarea LHCb – prin experimentul instalat la marele accelerator de particule LHC de la CERN (Geneva).  Experimentul LHCb a anunțat recent în cadrul conferinței European Physical Society Conference on High Energy Physics descoperirea unui tetracuarc care este compus din doi cuarci de tip charm, un anticuarc up și un anticuarc down. Sarcina electrică a acestei particule este pozitivă și a fost descoperită prin studiul dezintegrării acesteia în mezoni. Este prima particula exotică care are doi cuarci charm; până în prezent au fost descoperiți tetracuarci exotici care însă având un cuarc charm și un anti-cuark charm conținutul net de charm era zero. De data această însă charmul este dublu! Vor urmă studii care să caracterizeze mai bine această particula și proprietățile ei cuantice.

 La ce poate ajută acest studiu

Studiul noii particule precum și a celorlalte particule exotice ne poate ajuta să înțelegem mai bine Modelul Standard; pe măsură ce măsurătorile devin din ce în ce mai precise s-ar putea să se descopere că există diferențe între ceea ce prevede Modelul Standard și ceea ce măsoară experimentele; ar fi extrem de interesant, întrucât ar putea însemna că am descoperit semnale ale unei noi fizici – la care mulți fizicieni visează.

 Alte particule exotice?

 Experimentele de la acceleratoarele de particule caută de zor să descopere alte particule exotice. Printre acestea la loc de cinste ar fi un tetracuarc care conține doi cuarci grei: adică de tip b (bottom sau beauty), Acest tetracuarc s-ar dezintegra în procese care implică interacțiunea nucleară slabă – ceea ce ar face că viața medie a tetracuarcului să fie mult mai lungă, câteva ordine de mărime, față de viața medie a tetracuarcilor descoperiți până în prezent. Pe urmă ar mai fi și glueballurile – adică particule compuse doar din gluoni – până în prezent nu există o confirmare „fără umbră de dubiu” a existenței unei astfel de particule.

 

Credit imagine: LHCb-CERN

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro