Drie nieuwe deeltjes ontdekt – natuurkundigen ontdekken voor het eerst ‘vreemd’ vijfhoek- en eerste tetraëderpaar
Vreemde ontdekkingen: bij de LHC-deeltjesversneller hebben natuurkundigen twee nieuwe soorten deeltjes ontdekt – en zo de deeltjesdierentuin uitgebreid met meer exotische variabelen. Aan de ene kant is het de eerste pentaquark die een van de zeldzaamste exotische quarks bevat. Het tweede resultaat is een paar dubbel geladen tetragonale en zijn neutrale tegenhanger. Beide soorten deeltjes kunnen helpen om meer licht te werpen op de koppeling van deze elementaire deeltjes.
Quarks zijn de basisbouwstenen van materie, die lange tijd alleen bekend stonden als paren van twee of drie: de protonen en neutronen in de atoomkern zijn gemaakt van drie quarks, in de kortlevende mesonen vormen een quark en antiquark een paar. Maar de afgelopen jaren hebben natuurkundigen ook nieuwe deeltjes ontdekt die uit meer dan drie quarks bestaan in deeltjesversnellers, waaronder veel tetraquarksEn de pentaquarks en zelfs een Hexaquark.
Particle Zoo 2.0
“Hoe meer analyses we doen, hoe meer exotische hadronen we vinden”, zegt Nils Toning van de LHCb-samenwerking in het CERN-onderzoekscentrum bij Genève. “We beleven een ontdekkingsperiode die vergelijkbaar is met die van de jaren 1950, toen de Particle Hadron Zoo werd aangetroffen, die nu de basis vormt van ons standaardmodel voor deeltjesfysica. Nu zijn we bezig met het creëren van de Particle Zoo 2.0.”
De nieuwe deeltjes werpen een nieuw licht op de mogelijke combinaties in de quarkwereld en de processen die daarbij een rol spelen. In 2002 werd de tetrapod voor het eerst gemaakt Vier dezelfde quarks Dit is bewezen, in 2021 gevolgd door de eerste tetraquark met dubbele magie(en) Het bestaat uit twee zware charm-quarks en twee lichtere antiquarks.
Het eerste pentagram met een vreemde quark
Natuurkundigen rapporteren nu meer exotische deeltjesontdekkingen. Ze werden ontdekt in hoogenergetische protonbotsingen bij de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN, ’s werelds krachtigste deeltjesversneller. Bij het analyseren van de deeltjestrajecten die zijn vastgelegd in de LHCb-detector, stuitten de onderzoekers in de LHCb-samenwerking op de handtekeningen van drie nieuwe deeltjes.
De eerste ontdekking is een pentaquark. De pentaquark heeft een massa van 4.338 megaelektronvolt en bevat onder meer twee magische zware quarks. Tegelijkertijd is het de eerste pentaquark met een vreemde quark – beide soorten quarks die niet voorkomen in de bouwstenen van atoomkernen. De ontdekking van dit vreemde deeltje bereikte 15 sigma, ver boven de officiële drempel van vijf sigma voor ontdekking.
Een groep van vijf of een structuur van twee subeenheden?
Volgens natuurkundigen zou deze pentaquark-massa daar verder bewijs voor kunnen leveren hoe dan ook De vijf quarks zijn in dergelijke deeltjes met elkaar verbonden. Tot nu toe was het niet duidelijk of alle quarks even sterk gebonden zijn in dergelijke multi-quarkdeeltjes of dat het eerder losse klompjes triples en paren quarks zijn. Begin 2019 zorgde een minieme dubbele piek in de deeltjescurves van de LHC voor de eerste signalen van een dergelijke structuur met twee subeenheden.
Er valt ook veel te zeggen voor de nieuw ontdekte pentaquark: “De massa van de pentaquark staat op de drempel van de productie van baryon-meson”, leggen natuurkundigen van de LHCb-samenwerking uit. “Dit zou kunnen verwijzen naar een interpretatie als een ondoordringbaar mengsel van een tri-quark-baryon, een quark-meson en een antiquark.”
Het eerste paar tetraquarks
De tweede ontdekking van deeltjes betreft de dubbel geladen tetragon en zijn neutrale tetragonale partner. Het is het eerste bewijs van een dubbel deeltje van dit type, melden natuurkundigen. Elke quark heeft een massa van ongeveer 2,9 GeV en bestaat uit een charm-quark en een vreemde antiquark. Bovendien heeft de ene partner een up-quark en een down-quark, en de andere een down-quark en een up-antiquark.
Volgens de onderzoekers zijn de deeltjes waarschijnlijk een gelijkwaardige partner – ze vertegenwoordigen twee toestanden van het kwantummechanische systeem, maar het is onduidelijk of er andere partners van dit type zijn en hoe de vier quarks in deze deeltjes zijn gekoppeld. Dit tetraplanetaire paar werd ontdekt met een significantie van 6,5 en 8 – dit is ook ruim boven de officiële ontdekkingsdrempel.
“Het vinden van nieuwe exotische deeltjes en het meten van hun eigenschappen zal theoretici helpen om een uniform model voor deze exotische hadronen te ontwikkelen”, legt Chris Parks, LHCb-woordvoerder van de Universiteit van Manchester, uit. “Het helpt ons ook om klassieke deeltjes zoals protonen en neutronen beter te begrijpen.” (Internationale conferentie over hoge-energiefysica, ICHEP 2022)
Bron: CERN, Universiteit van Manchester
“Coffee fanatic. Gamer. Award-winning zombie aficionado. College student. Hardcore internet proponent. Twitter guru. Subtly charming bacon nerd. Thinker.”