Νέα κατηγορία σωματιδίων ανακαλύφθηκε στο CERN

Την ανακάλυψη μιας καινούριας κατηγορίας σωματιδίων, γνωστών ως πεντακουάρκ, ανακοίνωσαν επιστήμονες από το πείραμα LHCb, που διεξάγεται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN στη Γενεύη. Η ερευνητική ομάδα περιγράφει τα ευρήματά της σε άρθρο το οποίο έχει ήδη επιβάλει στο περιοδικό Physical Review Letters.

«Το πεντακουάρκ δεν είναι απλώς ένα νέο σωματίδιο», ανέφερε ο Γκι Γουίλκινσον, εκπρόσωπος Τύπου του LHCb σε ανακοίνωση του CERN. «Αποτελεί έναν νέο τρόπο συνδυασμού των κουάρκ, των δομικών λιθων των πρωτονίων και των νετρονίων, ο οποίος δεν είχε παρατηρηθεί σε κανένα άλλο πείραμα εδώ και 50 χρόνια. Μελετώντας τις ιδιότητές του, θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα με ποιον τρόπο συντίθεται η συμβατική ύλη, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια από τα οποία αποτελούμαστε όλοι».

Ορόσημο για την εικόνα που έχουν οι επιστήμονες για τη δομή της ύλης αποτελεί ρο έργο του Αμερικανού φυσικού Μάρεϊ Γκελ-Μαν, ο οποίος το 1964 πρότεινε πως τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι σύνθετα σωμάτια. Έτσι, συγκαταλέγονται στα βαρυόνια, τα οποία αποτελούνται από συνδυασμούς τριών κουάρκ, στοιχειωδών σωματιδίων που διακρίνονται μεταξύ τους από το «άρωμα» ή τη «γεύση» τους.

Με την επιβεβαίωση της θεωρίας, ο Γκελ-Μαν τιμήθηκε το 1969 με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Το μοντέλο του έδειχνε επίσης πως θα μπορούσαν να υπάρχουν και άλλες καταστάσεις από συνδυασμούς κουάρκ, όπως το πεντακουάρκ από τέσσερα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, δεν είχε βρεθεί κάποια πειραματική ένδειξη που να συνηγορεί με αυτό το σενάριο.

Οι ερευνητές του LHCb αναζήτησαν το πεντακουάρκ, εξετάζοντας τη διάσπαση ενός βαρυονίου, γνωστού ως Λάμδα b. «Αξιοποιώντας τον τεράστιο όγκο δεδομένων που μας παρείχε ο επιταχυντής, και την εξαιρετική ακρίβεια του ανιχνευτή μας, εξετάσαμε όλες τις εκδοχές για τα σήματα που προέκυψαν και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι μπορούν να εξηγηθούν μόνο αν υπάρχουν όντως η κατάσταση του πεντακουάρκ», αναφέρει ο φυσικός και μέλος της ομάδας Τόμας Σκαρνίκι, από το πανεπιστήμιο Σίρακιουζ.

Παλιότερα πειράματα για την αναζήτηση αυτού του εξωτικού σωματιδίου δεν είχαν καταλήξει σε οριστικά αποτελέσματα. Η διαφορά του LHCb είναι πως κατάφερε να αναλύσει τα δεδομένα μέσα από αρκετές διαφορετικές παραμέτρους. «Είναι σαν τα προηγούμενα πειράματα να έψαχναν για “σιλουέτες” στο σκοτάδι, ενώ το LHCb έκανε την ίδια αναζήτηση με αναμμένα φώτα, και μάλιστα από όλες τις οπτικές γωνίες», σημειώνεται χαρακτηριστικά στην ανακοίνωση.

Το επόμενο βήμα είναι να μελετηθεί ο ακριβής τρόπος σύνδεσης των στοιχειωδών σωματιδίων στα πεντακουάρκ. Επίσης, οι επιστήμονες εκτιμούν πως, εξερευνώντας τη νέα κατηγορία εξωτικών σωματίων από τα δεδομένα που θα προκύψουν στη δεύτερη φάση λειτουργίας του επιταχυντή, θα μπορέσουν να κατανοήσουν καλύτερα ακόμη και συμπαντικά φαινόμενα, όπως η κατάρρευση τεράστιων άστρων.