Négy kvarkból álló részecskéket fedeztek fel

Japán kutatók több új, egzotikus elemi részecske felfedezését jelentették be. Az ismert elemi részek közül a hadronok három, a mezonok két kvarkból állnak, az új részecskék közül kettő viszont négy kvarkból áll.  Az eredmények a Belle-együttműködés keretében a KEKB laboratóriumban, az úgynevezett B-mezon gyárban születtek.

A B-mezonok számos részecskefizikai kísérletben játszanak főszerepet. Bomlásuk során ugyanis a K-mezonokhoz hasonlóan ezeknél is jelentkezik a CP-sértés, a CP-sértés pedig közvetlen kapcsolatban van azzal az alapkérdéssel, hogy miben különbözik az anyag az antianyagtól.

Az elmúlt évtizedben különleges, kifejezetten a B-mezonok előállítására szolgáló részecskegyorsítókat építettek Japánban (Tsukuba) és az Egyesült Államokban (Stanford), ezeket B-gyáraknak hívja a szakmai zsargon.

A B-gyárakban nagy energiákra felgyorsított elektronok és pozitronok ütközésénél keletkeznek a további kísérletek alapjául szolgáló B-mezonok, illetve antirészecske párjaik. A CERN-ben is újabb antianyag kísérletekre készülnek, az LHC mellé telepített négy nagy detektorrendszer egyike, az LHCb szolgál majd erre. Nevében a b betű a szépségre, a "beauty" kvarkra utal. A nagyenergiájú proton-proton ütközésekben szép számmal keletkeznek majd b kvarkot tartalmazó B- és antiB-mezonok.

Az erős kölcsönhatásban résztvevő részecskék valamennyien hatféle kvarkból és azok antikvark párjából épülnek fel. A mezonok egy kvark-antikvark párból, a barionok (köztük az atommagot alkotó proton és a neutron) három kvarkból állnak. Korábban csak 2, illetve 3 kvarkból álló részecskéket figyeltek meg. Az erős kölcsönhatás elmélete, a kvantumszíndinamika azonban nem zárja ki háromnál több kvarkból álló részecskék létezését sem.

A japán B-gyárban a B-mezonok bomlását tanulmányozva fedeztek fel két olyan részecskét, amelyek valószínűleg négy kvarkból állnak. A négy kvark közül kettő egymás anyag-antianyag párja (pl. bájos és anti-bájos), míg a másik két összetevő, egy kvark és egy antikvark, nem párjai egymásnak. Felfedeztek egy egzotikus hibridrészecskét is, erről úgy gondolják, hogy egy kvark-antikvark pár mellett egy gerjesztett gluont tartalmaz. (A gluonok közvetítik a kvarkok közti kölcsönhatást.)

Korábban is érkeztek már hírek 4, illetve 5 kvarkból álló részecskék megfigyeléséről. 2003-ban japán, amerikai és orosz kutatók pentakvark, 5 kvarkból álló részecske felfedezését jelentették be. A három kísérletben más-más céltárgy-atommagot és eltérő gerjesztési megoldást alkalmaztak, ezért biztatónak és megnyugtatónak tűnt az egybehangzó eredmény.

Az sem zárható ki azonban, hogy az új részecske nem egyetlen részecske, hanem egy 2 kvarkos mezon és egy 3 kvarkos barion kapcsolódott össze valamilyen molekulaszerű képződménnyé. Az újabb adatok fényében valószínűleg mégsincs öt kvarkot tartalmazó, pentakvark részecske. A más módszerrel és jobb statisztikával végzett későbbi mérések negatív eredményt hoztak.