LHCb Collaboration odkrywa nową cząstkę podobną do protonu.
Składająca się z dwóch kwarków powabnych i jednego kwarku dolnego cząstka podwójnie powabna jest cztery razy cięższa od protonu.
Eksperyment LHCb w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN doprowadził do odkrycia nowej cząstki składającej się z dwóch kwarków powabnych i jednego dolnego, o strukturze podobnej do znanego protonu, ale z dwoma ciężkimi kwarkami powabnymi zastępującymi dwa górne kwarki protonu, co czterokrotnie zwiększa jego masę. Odkrycie, zaprezentowane na trwającej konferencji Moriond 2026, pomoże fizykom lepiej zrozumieć, jak silne oddziaływanie wiąże ze sobą protony, neutrony i inne cząstki złożone.
Kwarki są fundamentalnymi elementami budulcowymi materii i występują w sześciu rodzajach: górnym, dolnym, powabnym, dziwnym, szczytowym i dolnym. Zazwyczaj łączą się w grupy po dwa lub trzy, tworząc odpowiednio mezony i bariony. Jednak w przeciwieństwie do stabilnego protonu, większość tych mezonów i barionów, zwanych zbiorczo hadronami, jest niestabilna i krótkotrwała, co utrudnia ich obserwację. Ich produkcja wymaga zderzenia ze sobą wysokoenergetycznych cząstek w urządzeniu takim jak Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Te niestabilne hadrony szybko się rozpadają, ale bardziej stabilne cząstki powstałe w wyniku tego rozpadu można wykryć, a tym samym wywnioskować właściwości pierwotnej cząstki.
Naukowcy wielokrotnie stosowali to podejście w celu odkrycia nowych hadronów, a nowa cząstka, niedawno ogłoszona przez współpracę LHCb, zwiększa całkowitą liczbę hadronów odkrytych w eksperymentach LHC do 80.
„To pierwsza nowa cząstka zidentyfikowana po modernizacji detektora LHCb, która zakończyła się w 2023 roku, i dopiero drugi raz zaobserwowano barion z dwoma ciężkimi kwarkami. Pierwszy raz LHCb zaobserwował to prawie 10 lat temu” – mówi rzecznik LHCb, Vincenzo Vagnoni. „Wyniki pomogą teoretykom przetestować modele chromodynamiki kwantowej, czyli teorii silnych oddziaływań, które wiążą kwarki nie tylko w konwencjonalne bariony i mezony, ale także w bardziej egzotyczne hadrony, takie jak tetrakwarki i pentakwarki”.
W 2017 roku eksperyment LHCb poinformował o odkryciu bardzo podobnej cząstki, składającej się z dwóch kwarków powabnych i jednego górnego. Ten kwark górny to jedyna różnica między tą cząstką a nową, która ma na swoim miejscu kwark dolny. Pomimo podobieństwa, nowa cząstka ma przewidywany czas życia nawet sześciokrotnie krótszy niż jej odpowiednik, ze względu na złożone efekty kwantowe. To jeszcze bardziej utrudnia jej obserwację.
Analizując dane ze zderzeń proton–proton zarejestrowanych przez detektor LHCb podczas trzeciego cyklu działania LHC, współpraca LHCb zaobserwowała nowy barion ze statystyczną istotnością na poziomie 7 sigma, znacznie przekraczającą próg 5 sigma wymagany do ogłoszenia odkrycia.
„Ten przełomowy wynik jest fantastycznym przykładem tego, jak wyjątkowe możliwości LHCb odgrywają kluczową rolę w sukcesie LHC” – mówi Mark Thomson, dyrektor generalny CERN. „Pokazuje on, jak modernizacje eksperymentów w CERN bezpośrednio prowadzą do nowych odkryć, torując drogę przełomowym badaniom naukowym, jakich oczekujemy od LHC o wysokiej jasności. Osiągnięcia te są możliwe wyłącznie dzięki wyjątkowej wydajności kompleksu akceleratorów CERN i zespołom, które dbają o jego funkcjonowanie, a także dzięki zaangażowaniu naukowców biorących udział w eksperymencie LHCb”.
Prezentacja LHCb z konferencji Moriond jest dostępna pod tym linkiem.
(CERN)
