En av detektorerna i Large Hadron Collider har upptäckt en ny partikel bestående av fyra charmade kvarkar. Fysiker tror att detta är den första representanten för en obeskriven klass av partiklar.
Den (nedre högra) tvådimensionella fördelningen av di-J / ψ-kandidaterna och dess projektioner på (nedre vänster) M (1) μμ och (övre) M (2) μμ. Fyra komponenter är närvarande eftersom varje projektion består av signalen och bakgrunden J / ψJ / ψ kandidater. Etiketterna J / ψ1, 2 och bkg1,2 representerar respektive signalens bidrag och bakgrund till fördelningen M (1), (2) μμ.
Samarbetet LHCb (skönhetsexperimentet Large Hadron Collider) har hittat en ny typ av fyra-kvark partikel som aldrig har sett förut. Upptäckten presenterades vid ett nyligt seminarium vid CERN och beskrivs också i en artikel på arXiv-förtryckssidan. Denna upptäckt kommer att hjälpa forskare att förstå kvarkar - de grundläggande partiklarna i universumets standardmodell.
De samlas vanligtvis i grupper om två (kvark - antikvark) eller tre för att bilda protoner och neutroner. Större partiklar betraktas som exotiska, men forskare har länge antagit att de kan bestå av fyra eller fem kvarkar (de så kallade tetraquarks och pentaquarks). Under senare år har experiment på Large Hadron Collider (LHC) bekräftat förekomsten av sådana hadroner. De är idealiska för att studera den starka kärnkraften, en av de fyra grundläggande krafterna i universum som binder protoner, neutroner och atomkärnor tillsammans.
"Partiklarna som vi just upptäckte är den första som består av tunga kvarkar av samma typ: två charmade kvarkar och antikvaror," säger LHCb-talesman Giovanni Passaleva. "Hittills har LHCb och andra experiment bara registrerat tetraquarks med högst två tunga kvarkar, och ingen av dem hade mer än två kvarkar av samma typ."
För att söka efter nya tetraquarks T cccc, beräknade LHCb-teamet deras möjliga massa och studerade data som erhölls vid detektorn under perioderna av den första och andra lanseringen av LHC 2009-2013 och 2015-2018. Hon fann två energikällor i 6900- och 6400-6600 megaelektronvoltsområdet. I ett försök att beskriva de erhållna resultaten fann forskare mer än fem standardavvikelser i intervallet 6200-7400 megaelektronvolt. Detta räcker för att meddela upptäckten av en ny partikel. Sådana hopp motsvarar dessutom massan T cccc. "Denna partikel är unik - en exotisk hadron som innehåller fyra kvarkar istället för två eller tre i vanliga partiklar av materia, och den första som innehåller tunga kvarkar," säger forskarna.
Det är ännu inte klart om den nya partikeln är en "sann tetraquark", det vill säga ett system med tätt bundna fyra kvarkar, eller om den består av två vanliga par. I vilket fall som helst kommer den nya partikeln att hjälpa teoretiker att testa modeller av kvantkromodynamik, som beskriver den starka interaktionen mellan partiklar. Författarna tänker fortsätta forskning under den tredje lanseringen av LHCb, i mars 2021.