Fizycy w CERN pracujący przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) potwierdzili istnienie nowego, cięższego analogu protonu, oznaczonego Ξcc⁺ (Xi-podwójnie-czarowany-plus). Odkrycie daje naukowcom świeże spojrzenie na oddziaływanie silne – podstawową siłę, która spaja materię na jej najbardziej podstawowym poziomie.
Czym są kwarki i dlaczego są ważne?
Sercem tego odkrycia są kwarki, podstawowe cząstki, z których powstają protony, neutrony i wszystkie inne cząstki składowe Wszechświata. Istnieje sześć znanych typów kwarków: górny, dolny, powabny, dziwny, górny i dolny. Kwarki rzadko istnieją w izolacji; łączą się, tworząc hadrony, które obejmują znane cząstki, takie jak protony i neutrony.
Większość hadronów jest niestabilna i rozpada się niemal natychmiast po powstaniu. LHC zaprojektowano do tworzenia tych efemerycznych cząstek poprzez zderzanie wiązek wysokoenergetycznych protonów. Produkty rozpadu, *wystarczająco stabilne, aby można je było zmierzyć, ujawniają właściwości pierwotnego, krótkotrwałego hadronu.
Drugi Podwójnie Zaczarowany Barion
Nowo odkryty Ξcc⁺ zawiera dwa kwarki powabne i jeden dolny. To sprawia, że jest to „barion” (cząstka złożona z trzech kwarków) o niezwykłym składzie. Jest to dopiero drugi zaobserwowany barion zawierający dwa ciężkie kwarki (w tym przypadku kwarki powabne). Pierwszą taką cząstkę odkryto w eksperymencie LHCb niemal dziesięć lat temu.
W ramach współpracy LHCb odkryto nową cząstkę o istotności statystycznej 7 sigma — znacznie powyżej progu 5 sigma, co oznacza, że odkrycie zostało potwierdzone. Oznacza to, że prawdopodobieństwo, że sygnał jest fluktuacją losową, jest znikome.
Dlaczego to odkrycie jest ważne
Istnienie Ξcc⁺ pomaga udoskonalić nasze zrozumienie chromodynamiki kwantowej (QCD), teorii rządzącej oddziaływaniem silnym. QCD przewiduje istnienie nie tylko zwykłych hadronów, ale także bardziej egzotycznych kombinacji, takich jak tetrakwarki (cztery kwarki) i pentakwarki (pięć kwarków).
Ta nowa cząstka umożliwi teoretykom bardziej rygorystyczne testowanie modeli QCD. Jest podobna do cząstki odkrytej w 2017 roku, która zawiera dwa kwarki powabne i kwark górny zamiast kwarku dolnego. Przewiduje się, że pomimo tych podobieństw nowa cząstka będzie rozpadać się nawet sześciokrotnie szybciej na skutek subtelnych efektów kwantowych, co jeszcze bardziej utrudni jej wykrycie.
Modernizacja prowadzi do przełomów
Odkrycia dokonano na podstawie danych z trzeciego przebiegu LHC po istotnej modernizacji detektora LHCb w 2023 r. Dyrektor generalny CERN Mark Thompson podkreślił kluczową rolę tych ulepszeń w umożliwieniu nowych odkryć.
Ten ważny wynik jest doskonałym przykładem tego, jak wyjątkowe możliwości LHCb odgrywają kluczową rolę w powodzeniu LHC.
Odkrycie to przygotowuje grunt pod dalsze badania z wykorzystaniem LHC o dużej jasności, który zwiększy prędkość zderzeń cząstek i umożliwi fizykom badanie podstawowych sił natury z niespotykaną dotąd precyzją.
W istocie odkrycie Ξcc⁺ nie oznacza po prostu dodania kolejnego wpisu do katalogu cząstek; wyostrza nasze zrozumienie najbardziej podstawowych interakcji Wszechświata.
