Im Rahmen eines Projekts zur Untersuchung von Teilchen am Large Hadron Collider haben Wissenschaftler ein völlig neues Teilchen entdeckt – ein doppelt bezaubertes Tetraquark. Das Teilchen erhielt diesen Namen aufgrund der Tatsache, dass es aus zwei bezauberten Quarks und zwei leichten Antiquarks, Upper und Lower, besteht. Die Entdeckung wurde auf einer Konferenz der European Physical Society bekannt gegeben, Wissenschaftler des nach G.I. Budker (Sibirische Zweigstelle der Russischen Akademie der Wissenschaften, Nowosibirsk).
Ursprünglich wurde angenommen, dass Hadronen entweder aus zwei Quarks bestehen können, die ein Meson in einem Quark-Antiquark-Paar bilden, oder aus drei Quarks, die ein Baryon (zum Beispiel ein Proton oder ein Neutron) bilden. Vor etwa 50 Jahren, als das Quark-Modell noch erstellt wurde, sagte sein Autor Murray Gell-Mann jedoch voraus, dass komplexere Teilchen existieren könnten. Solche Partikel passten nicht in das traditionelle Modell, daher wurden sie als exotisch bezeichnet. Exotische Teilchen entstehen durch den Einbau eines Quark-Antiquark-Paares in eine Meson- oder Baryonenstruktur.
Lange Zeit blieb diese Hypothese nur eine Theorie, bis 2014 beim LHCb-Experiment am Large Hadron Collider das erste Tetraquark beobachtet werden konnte. 2015 wurde die Entdeckung von Pentaquark bekannt gegeben. Insgesamt wurden bisher vier Pentaquarks und etwa zwanzig Tetraquarks entdeckt.
Alle bisher entdeckten und bestätigten Tetraquarks haben einen versteckten Charme. Charm ist eine Quantenzahl, die eine der Arten von Quarks oder Leptonen widerspiegelt - Düfte. Der versteckte Charme bedeutet, dass sie verschiedene Kombinationen von Quarks enthielten, aber auf jeden Fall enthielten diese Kombinationen immer ein bezaubertes Quark und ein bezaubertes Antiquark. Die Einzigartigkeit des neuen Teilchens liegt darin, dass es aus zwei relativ schweren Charmed Quarks (c-Quarks) mit einer Masse in der Größenordnung eines Gigaelektronenvolts, die mit der Masse eines Protons vergleichbar ist, sowie zwei leichte u- und d-Antiquarks, deren Masse um drei Größenordnungen geringer ist, wird in Megaelektronenvolt gemessen. Aufgrund der Anwesenheit von zwei bezauberten Quarks wurde das neue Teilchen Tcc + genannt. Das T steht für Tetraquark und das cc steht für zwei Charmed Quarks.
Im Rahmen der Studie analysierten die Wissenschaftler die in der ersten und zweiten Saison des Colliders von 2011 bis 2018 gesammelten Daten. Basierend auf den Ergebnissen der Analyse experimenteller Daten konnten etwa zweihundert Ereignisse der Tcc + -Partikelproduktion aufgezeichnet werden. Ihre Entdeckung wurde mit einer Signifikanz von 10 Standardabweichungen bestätigt, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Fluktuation, die Wissenschaftler mit einem Signal verwechseln könnten, praktisch ausgeschlossen ist.
Ein weiterer bemerkenswerter Punkt ist die relativ schmale Zerfallsbreite eines neuen Teilchens, sie beträgt etwa 0,5 MeV mit typischen Werten von zehn und sogar Hunderten von MeV. Mit anderen Worten, Tcc + existiert um Größenordnungen länger als ähnliche Quantenstrukturen, was es zum stabilsten exotischen Hadron macht. Und schließlich lassen sich die Zerfallsprodukte des neuen Tetraquarks relativ leicht nachweisen, was angesichts der hohen Stabilität des Teilchens genaue Messungen seiner Eigenschaften ermöglicht.
Die Entdeckung eines doppelt charmanten Tetraquarks wird bei der Entdeckung eines weiteren solchen exotischen Teilchens helfen - eines doppelt charmanten Tetraquarks, das anstelle von zwei bezauberten Quarks (c-Quarks) zwei schöne Quarks (b-Quarks) enthält. Theoretisch wird ein solches Teilchen aufgrund der Mechanismen der starken Wechselwirkung praktisch nicht zerfallen können, da seine Masse geringer ist als die Masse der Zerfallsprodukte. Es zerfällt in einer schwachen Wechselwirkung. Mit anderen Worten, seine Lebensdauer wird im Vergleich zum stabilen Tcc + um mehrere Größenordnungen erhöht.
2021-07-29 18:40:26
Autor: Vitalii Babkin