Een van de detectoren van de Large Hadron Collider heeft een nieuw deeltje ontdekt, bestaande uit vier gecharmeerde quarks. Natuurkundigen geloven dat dit de eerste vertegenwoordiger is van een onbeschreven klasse deeltjes.
De (rechtsonder) tweedimensionale verdeling van de di-J / ψ-kandidaten en de projecties ervan op (linksonder) M (1) μμ en (bovenste) M (2) μμ. Vier componenten zijn aanwezig omdat elke projectie bestaat uit de signaal- en achtergrond J / ψJ / ψ kandidaten. De labels J / ψ1, 2 en bkg1,2 vertegenwoordigen respectievelijk de bijdragen van het signaal en de achtergrond aan de distributie M (1), (2) μμ.
De LHCb-samenwerking (Large Hadron Collider beauty experiment) heeft een nieuw type vier-quarkdeeltje gevonden dat nog nooit eerder is gezien. De ontdekking werd gepresenteerd tijdens een recent seminar op CERN, en wordt ook beschreven in een artikel op de arXiv preprint-site. Deze ontdekking zal wetenschappers helpen om quarks te begrijpen - de fundamentele deeltjes van het standaardmodel van het universum.
Ze komen meestal samen in groepen van twee (quark - antiquark) of drie om protonen en neutronen te vormen. Grotere deeltjes worden als exotisch beschouwd, maar wetenschappers hebben lang aangenomen dat ze kunnen bestaan uit vier of vijf quarks (de zogenaamde tetraquarks en pentaquarks). In de afgelopen jaren hebben experimenten bij de Large Hadron Collider (LHC) het bestaan van dergelijke hadronen bevestigd. Ze zijn ideaal voor het bestuderen van de sterke kernkracht, een van de vier fundamentele krachten van het universum die protonen, neutronen en atoomkernen met elkaar verbindt.
"Het deeltje dat we zojuist hebben ontdekt, is het eerste dat is samengesteld uit zware quarks van hetzelfde type: twee gecharmeerde quarks en antiquarks", zegt LHCb-woordvoerder Giovanni Passaleva. "Tot nu toe hebben LHCb en andere experimenten alleen tetraquarks geregistreerd met maximaal twee zware quarks, en geen van hen had meer dan twee quarks van hetzelfde type."
Om nieuwe tetraquarks T cccc te zoeken, berekende het LHCb-team hun mogelijke massa en bestudeerde de gegevens die bij de detector werden verkregen tijdens de perioden van de eerste en tweede lancering van de LHC in 2009-2013 en 2015-2018. Ze vond twee energiepieken in het bereik van 6900 en 6400-6600 mega-elektronvoltage. In een poging de verkregen resultaten te beschrijven, vonden wetenschappers meer dan vijf standaarddeviaties in het bereik van 6200-7400 mega-elektronvolt. Dit is genoeg om de ontdekking van een nieuw deeltje aan te kondigen. Bovendien komen dergelijke sprongen overeen met de massa T cccc. "Dit deeltje is uniek: een exotische hadron met vier quarks in plaats van twee of drie in gewone materiedeeltjes, en het eerste met zware quarks", zeggen de wetenschappers.
Het is nog niet duidelijk of het nieuwe deeltje een "echte tetraquark" is, dat wil zeggen een systeem van strak gebonden vier quarks, of dat het uit twee gewone paren bestaat. In elk geval zal het nieuwe deeltje theoretici helpen modellen van kwantumchromodynamica te testen, die de sterke interactie van deeltjes beschrijven. De auteurs zijn van plan het onderzoek voort te zetten tijdens de derde lancering van de LHCb, in maart 2021.