تقدم تجربة LHCb في CERN اكتشافًا جديدًا. الجسيم الجديد ، المسمى Tcc + ، هو رباعي الكواركات - هادرون غريب يحتوي على كواركين واثنين من الكواركات المضادة. إنه أطول جسيم مادة غريبة تم اكتشافه على الإطلاق ، وهو أول جسيم يحتوي على كواركين ثقلين واثنين من الكواركات المضادة الخفيفة. تيتراكوارك هو جسيم نادر واحد من عشرات الجسيمات غير الأولية التي اكتشفها مسرع الهادرونات الكبيرLHC ، ويمكن لهدا الاكتشاف أن يساعد في اختبار النظريات حول القوة النووية القوية .
Illustration of a
tetraquark. Imager credit: CERN / CC BY-SA
يشتهر مصادم الهادرونات الكبير بالقرب من جنيف بسويسرا بإثبات وجود بوزون هيغز في عام 2012، وهو اكتشاف وضع حجر الأساس النهائي للتصنيف الحالي للجسيمات الأولية. لكن المصادم LHC سجل أيضًا عشرات الجسيمات غير الأولية المسماة الهادرونات - تلك التي، مثل البروتونات والنيوترونات، تتكون من الكواركات.
ظهر الهادرون الأخير لأول مرة في الاجتماع الافتراضي للجمعية الفيزيائية الأوروبية في 29 يوليو، عندما كشف عالم فيزياء الجسيمات إيفان بولياكوف في جامعة سيراكيوز بنيويورك عن هادرون غريب غير معروف سابقًا مكون من أربعة كواركات. أدى هذا إلى ارتفاع معدل اكتشاف الهادرونات في LHC إلى 62.
يصف مجمع الجسيمات، المسمى بالنموذج القياسي، اللبنات الأساسية للمادة والقوى الأساسية التي تعمل عليها. وهي تتضمن ستة أنواع من الكواركات، وستة من نظيراتها من المادة المضادة والعديد من الجسيمات الأولية الأخرى، بما في ذلك الإلكترونات والفوتونات. يتضمن النموذج القياسي أيضًا قواعد لكيفية تكوين الكواركات لجسيمات مركبة تسمى الهادرونات. ترتبط الكواركات ببعضها البعض بواسطة القوة النووية القوية، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة. الكواركات الأكثر شيوعًا في الطبيعة تسمى "أعلى" و "أسفل"؛ تشتمل مجموعاتها المحتملة على النيوترونات (واحد للأعلى واثنين من الأسفل) والبروتونات (اثنان صعود وواحد لأسفل).
البروتونات هي الهادرونات الوحيدة المعروف أنها مستقرة في عزلة - تكون النيوترونات مستقرة فقط عندما يتم دمجها في النوى الذرية. تتشكل جميع الهادرونات الأخرى بشكل عابر فقط، من اصطدام الجسيمات الأخرى، وتتحلل في جزء من الثانية. لذا فإن المصادم LHC يخلق أنواعًا جديدة من الهادرونات عن طريق التسبب في تصادمات عالية الطاقة بين البروتونات.
رباعي الكوارك
تم رصد معظم أنواع الهادرونات الجديدة من LHC بواسطة LHCb، وهو أحد الكواشف العملاقة الأربعة في النفق الدائري الذي يبلغ طوله 27 كيلومترًا والذي يحمل المصادم LHC، ولم يكن الجسيم الذي أعلن عنه بولياكوف استثناءً. من خلال غربلة البيانات الموجودة على الحطام من تصادمات البروتونات، وجد بولياكوف في معهد الفيزياء النظرية والتجريبية في موسكو "رباعي الكوارك" - هادرون رباعي كوارك - يسمى Tcc +..
تعتبر التيتراكواركات غير عادية للغاية: فمعظم الهادرونات المعروفة تتكون من كواركين أو ثلاثة كواركات. تم رصد أول رباعي في منظمة أبحاث مسرع الطاقة العالية (KEK) في تسوكوبا، اليابان، في عام 2003، وشهد LHCb أكثر من ذلك. لكن الهادرون الجديد غريب نوعا ما. من المحتمل أن تكون رباعي الكواركات السابقة عبارة عن أزواج من الكواركات العادية المرتبطة ببعضها البعض مثل الذرات في جزيء ما، لكن الفيزيائي النظري ماريك كارلينر يعتقد أن أحدثها يمكن أن يكون رباعيًا حقيقيًا ومربوطًا بإحكام.
في الطبيعة، من المحتمل أن تكون تتراكواركات موجودة فقط خلال اللحظات الأولى من الكون، عندما كانت كل المادة مضغوطة في مساحة ضيقة للغاية. لكن خلقها من جديد يساعد الفيزيائيين على اختبار نظرياتهم حول كيفية تفاعل الجسيمات من خلال القوة النووية القوية.
كشفت البيانات عن خصائص الجسيم الجديد على وجه التحديد لدرجة أن بيلييف أصيب بالذهول. يقول: "كان رد فعلي الأول: هذا خطأي". على سبيل المثال، كتلة الجسيم، التي تبلغ حوالي 4 أضعاف كتلة البروتون، تم تقديرها بهامش خطأ أكبر بحوالي 3000 مرة من اكتشاف بوزون هيغز. يضيف Belyaev أنه كان من الممكن اكتشاف Tcc + في البيانات من السنوات الأولى لمصادم الهادرونات الكبير ، لكنه لم يعثر عليه هو وزملاؤه في LHCb حتى الآن لأن لديهم قائمة طويلة من الجسيمات الأخرى للبحث عنها.
احتمالات لا حدود لها
سيستمر البحث عن الهادرونات الجديدة. يمكن أن تؤدي العشرات من مجموعات الكواركات إلى ظهور الهادرونات. يقول كارلينر أن هناك 50 هادرونًا من 2 كوارك محتمل، وقد تم رصدها جميعًا باستثناء واحد، و75 كواركًا ثلاثيًا محتملاً (وثلاثة توائم من الكواركات المضادة)، وقد شوهد ما يقرب من 50 منها.
تعليقات
إرسال تعليق