Bájos kvark is része a CERN-ben megfigyelt új részecskének

Pentakvark

A CERN Nagy Hadronütköztetőjének kutatói bejelentették, hogy felfedezték a részecskék egy új osztályát, az úgynevezett pentakvarkokat.

A CERN Nagy Hadronütköztetőjében (LHC) már eddig is sok jelentős felfedezés született. Ezek közül az egyik legjelentősebb a 2012-ben észlelt „isteni részecske”, a Higgs-bozon létezésének bizonyítása. A pentakvarkok felfedezése újabb nagy lépés az anyag szerkezetének megismerésében.

Miért jelentősek a pentakvarkok?

„A pentakvark nem csupán egy új részecske” – mondta az LHCb kísérlet szóvivője, Guy Wilkinson. „A kvarkok, azaz a közönséges protonok és neutronok alkotói összeállásának egy új módját képviseli, mégpedig egy olyan mintázatba, amelyet még sosem figyeltek meg a kísérleti kutatások több mint ötven éve alatt.

Tulajdonságainak a tanulmányozása lehetővé teszi a bennünket és környezetünket felépítő közönséges anyag, azaz a protonok és neutronok felépítésének jobb megértését.”

Az LHCb kísérletben használt berendezés egyik hatalmas mágnese Forrás: CERN/LHC/Peter Ginter

A kvarkmodell születése

Az anyag szerkezetéről szerzett tudásunkat Murray Gell-Mann amerikai fizikus forradalmasította 1964-ben, amikor felvetette, hogy a részecskék barionoknak nevezett kategóriája, ahová a protonok és a neutronok tartoznak, három részlegesen töltött részecskéből,

úgynevezett kvarkokból állnak.

Azt is állította, hogy a mezonokat egy kvark-antikvark pár alkotja. Gell-Mann munkásságáért 1969-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat.

Ez a kvarkmodell megengedi más kvarkösszetételi állapotok – így például a négy kvarkból és egy antikvarkból álló pentakvarkok – létezését is. A pentakvarkok létéről azonban egészen mostanáig semmilyen kézzelfogható bizonyíték nem állt rendelkezésre.

A barion bomlása vezetett nyomra

Az LHCb szakemberei a lambda b barion három másik részecskére (J-pszí, proton és töltött kaon) bomlásával kutattak a pentakvark állapotok után.

A J-pszí és a proton tömegspektrumának mérésekor észrevették, hogy valamilyen köztes állapotok iktatódnak a létrejöttükhöz vezető folyamatba. Ezeknek a Pc(4450)+ és a Pc(4380)+ nevet adták.

A pentakvark két lehetséges szerkezete. A pentakvark létrejöhet egy kvarkból és egy antikvarkból álló mezon (balra fent) valamint egy három kvarkból álló barion (jobbra fent) laza kapcsolódásával, vagy öt kvark szoros kötődésével (lent) Forrás: CERN/LHCb

„Az LHC által nyújtott nagy adatbázist és a detektorunk kitűnő pontosságát kihasználva megvizsgáltunk minden lehetőséget, és arra a következtetésre jutottunk, hogy

az észlelt jeleket csak a pentakvark állapottal lehet magyarázni”

– mondta az LHCb fizikusa, Tomasz Skwarnicki, a Syracuse-i Egyetem munkatársa.

„Még pontosabban, az állapotot két fel kvark (u), egy le kvark (d), egy bájos kvark (c) és egy anti-bájos kvark (anti-c) alkotja” – fűzte hozzá Skwarnicki.