قدمت تجربة CERN’s Large Hadron Collider-b (LHCb) أحدث اكتشاف لها الأسبوع الماضي في اجتماع مؤتمر الجمعية الفيزيائية الأوروبية حول فيزياء الطاقة العالية. تعرف على تيتراكوارك ذات السحر المزدوج ، وهي أطول جسيمات المادة الغريبة عمراً التي تم اكتشافها حتى الآن.
الكواركات هي اللبنات الأساسية لكل مادة. إنها جسيمات دون ذرية تتحد لتشكل الهادرونات ، المجموعة التي تضم البروتونات والنيوترونات المألوفة. (بعبارة أخرى ، الكواركات أصغر من الصغيرة). تتكون كل من البروتونات والنيوترونات من ثلاثة كواركات ، لكن جسيم الهادرون المكتشف حديثًا يتكون من أربعة ، مما يجعله نوعًا من رباعي الكواركات. تم اكتشاف أول تيتراكوارك رسميًا في عام 2003.
للكواركات شركاء في المادة المضادة – توأمان شريران ، إذا صح التعبير. يتكون هذا الرباعي الجديد من كواركين ثقلين واثنين من الكواركات المضادة الخفيفة ، ملتصقين معًا في جسيم واحد.
يمكن إنشاء جسيمات غريبة مثل هذه داخل مسرعات مثل مصادم الهادرون الكبير ، لكنها تدخل وتخرج من الوجود بسرعة كبيرة. يعتبر هذا الجسيم الجديد ذا عمر طويل قبل أن يتحلل ، لكن “الطويل” في هذه الحالة لا يزال قصيرًا جدًا بحيث يصعب قياسه من الناحية البشرية. قال باتريك كوبنبورغ ، الفيزيائي في المعهد الوطني الهولندي للفيزياء دون الذرية وعضو فريق LHCb في CERN ، إن عمره الافتراضي ربما يكون أطول قليلاً من واحد على جزء من المليون من الثانية.
كتب كوبنبورغ في رسالة بريد إلكتروني إلى Gizmodo: “لن نتمكن أبدًا من قياس عمره بشكل مباشر”.
تختلف الكواركات عن بعضها البعض في الكتلة والشحنة ، مما يمنحها ستة نكهات مميزة: أعلى ، وأسفل ، وأعلى ، وأسفل ، وغريب ، وسحر. تيتراكوارك الجديد هو أول هادرون غريب “ساحر بشكل مضاعف” ، مما يعني أن كواركتيه الساحرتين موجودتان جنبًا إلى جنب مع الكواركات المضادة التي لم يتم سحرها. “يمكن النظر إلى الكواركات على أنها مكعبات ليغو ، لذا فإن مجرد اكتشاف مجموعة جديدة من أربعة كواركات لم يتم رصدها من قبل ليس مثيراً بالضرورة. قالت فريا بليكمان ، عالمة فيزياء الجسيمات الأولية في جامعة فريي في بروكسل ، والتي لم تكن تابعة للتجربة ، في رسالة بريد إلكتروني: “ما هو مثير للاهتمام للدراسة هو كيفية دمج هذه الجسيمات ، لأن هذا يمكن أن يعلمنا كيف تلتصق الكواركات ببعضها البعض”. “أعتقد أنها نتيجة مثيرة للغاية.”
مثل العديد من حالات الكوارك الأخرى ، تم العثور على هذه التيتراكوارك ذات السحر المزدوج في LHCb باستخدام طريقة تسمى صيد النتوء. في الأساس ، أطلق الباحثون مسرع الجسيمات وتركوا الجسيمات تصطدم ، مع إبقاء أعينهم مقشرة للحصول على كمية غير متوقعة من الطاقة أو الكتلة في النظام. عندما يحصلون على نتائج غير متزامنة مع الضوضاء الأساسية للنظام بعد تصفية جميع الإشارات غير ذات الصلة ، يكون لدى الباحثين دليل على أنهم عثروا على شيء جديد ؛ لقد كان البحث عن النتوءات هو الذي كشف عن بوزون هيغز في عام 2012. وقد تم اقتحام 62 هادرون حتى الآن في مصادم الهادرون الكبير من الغموض من خلال فيزياء المسرع المتطرفة والفريق الواسع الذي يعمل على جميع الآلات والبيانات.
تعمل النتائج التي توصلت إليها مصادمات الجسيمات على تعزيز فهم الفيزيائيين لكيفية تفاعل الجسيمات الأساسية. “إذا كنت تريد حقًا معرفة شخص ما ، فإنك تضعه في مواقف متطرفة. ما نفعله مع هذه التيتراكواركس وخماسي الكواركات هو أننا نضع النظرية في مواقف متطرفة ، وهي ليست الطريقة العادية التي لاحظناها على مدار الستين عامًا الماضية ، “ماريك كارلينر ، عالم فيزياء الجسيمات في جامعة تل أبيب ، الذي لم يكن مشاركًا في البحث الأخير ، أوضح في مكالمة فيديو. “اتضح أن هذا التصميم الخاص لتجربة LHCb مثالي للبحث عن هادرونات جديدة.”
يتحلل رباعي كوارك ذو السحر المزدوج (المكتوب علميًا باسم Tcc +) ببطء شديد لأنه أثقل قليلاً من الجسيمات التي يتحلل فيها. تكوينه النادر يضعه في فئة المرشحين لحالات هادرونيك الغريبة المستقرة. سمحت النتائج السابقة من LHCb للفيزيائيين النظريين بذلك توقع في عام 2017 أن رباعي رباعي مماثل ، يسمى Tbb ، يمكن أن يكون مستقرًا تمامًا ، مما يعني أنه لن يتحلل على الإطلاق من خلال قوة التفاعل القوي.
قال روي لين تشو ، عالم الفيزياء النظرية في جامعة نانجينغ نورمال في الصين ، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “سيكون اختراقًا في فيزياء الجسيمات ، إذا تم إثبات اكتشاف نوع جديد من رباعي الكواركات مع كواركين ثقلين واثنين من الكواركات المضادة الخفيفة”. . “هذا الاكتشاف لرباعي رباعي السحر المضاعف في يوليو 2021 هو بالتأكيد انتصار للتنبؤات النظرية.”
قال كارلينر ، الذي شارك في تأليف تنبؤات عام 2017 ، إن التجارب أثبتت صحة عمله السابق وسلطت الضوء على نقاط قوة LHCb كأداة لصيد الجسيمات. قال عن فريق LHCb: “إنهم الآن يحكمون الكون الهادرون”. “لقد حاصروا السوق على الهادرونات الغريبة – ليس بالكامل – لكن في LHCb لديهم حصة سوقية أكبر بكثير.”
بعبارة أخرى ، إذا كان أي شخص سيجد شيئًا أطول عمراً من هذا الرباعي ذو السحر المزدوج ، فمن المحتمل أن يكون هو. إنتاج الجسيم المتوقع Tbb ، والذي نشرته CERN Courier مؤخرًا مسمى قد يكون “ابن العم الجميل” لـ Tcc + هو الاحتفال القادم في الأفق.
المزيد: تحليل جديد لنتائج مصادم الهادرونات الكبير يؤكد حدوث شيء غريب
الإعلانات .
