LHC boduje: Pentakvark existuje!

Zjednodušený model pentakvarku (sciencedaily.com)

14. júla 2015 tím LHC oznámil objav na experimente LHCb – novú triedu častic, ktorá dostala priezvisko pentakvarky.

Je to ďalší obrovský objav potom, čo bola v roku 2013 potvzrena existencie tetrakvarků. Tento rok vedci otvárajú šampanské na oslavu častice s jedným kvarkom viac. A je veľmi pravdepodobné, že existujú mnohé kombinácie kvarkov, ktoré môžu vytvoriť pentakvark, čo za 30 či 50 rokov experimentov taký senzačný objav nenastal. Vidíme, že i na poli časticovej fyziky je vzrušivého bádania nadostač a v najbližšej dobe sa určite časticoví fyzici neodoberú do šrotoviska v rámci vedy.

Ako vedci objavili pentakvark? Tím vedcov experimentu LHCb hľadal pentakvarkovú existenciu v rozpade baryónu Lambda b. Pre pripomenutie, čo je baryón? Je to častice zložená z protónov a neutrónov. Skladá sa z troch kvarkov, a preto patrí skupina baryónov i do skupiny hadrónov. Baryóny vytvárajú baryónovú žiarivú hmotu, z ktorej sme i my stvorení. Vo vesmíre tento typ hmoty tvorí mrňavých 4-5 %.

Vráťme sa naspäť k rozpadu Lambda b (b je baryón). Lambda b patrí do triedy častíc hyperónov, vykazujúc silné jadrové interakcie. Lambda b môže mať štyri konfigurácie. Vždy je rovnaký jeden kvark up, jeden down a jeden zo štvorice kvarkov strange, charm, top či bottom. Práve zámenou posledného kvarku za štyri vône kvarku existujú štyri Lambda b častice. Jedna z Lambda b častíc (sú vysoko nestabilné a prejavujú sa ako tzv. rezonance) sa rozpadajú na ďalšie tri častice. Na J/ψ mezón, protón a elektrický nabitý kaón. Kaón je len istý druh mezónu a vo fyzikálnej teórie je známy ako mezón K. J/ψ mezón je zložený s pôvabného kvarku a pôvabného antikvarku. Kaón (mezón K) obsahuje podivný kvark i antikvark.

Important!

Čo je mezón?

Štandardný model častíc tvoriaci látku a polia. Zelene sú vyznačené leptóny, červeno tzv. poľné častice a kvarky fialovo. Kvarky sa nevyskytujú samostatne, ale viažu sa do párov, trojíc a ako vieme, tak aj viacpočetných skupín (wikipedia.org)

Mezón je častica, reagujúca na silné jadrové interakcie. Má nulový alebo celočíselný spin. Je to fantastická častica, pretože na jednej strane spin ukazuje, že sa správa ako bozón, a na druhej strane je zloženou časticou tvorenou z kvarku a antikvarku, ktoré sú fermiony. Dokonca, kvark a antikvark sú rovnakej chute (vône) – teda typu – čiže sú si navzájom antičasticami, ale silné jadrové sily nedovolia navzájom anhilovať. Preto sa kvarky správajú, ako keby antičasticami navzájom neboli.

Veľký hadrónov urychlovač – experiment ATLAS (ep.ph.bham.ac.uk)

Z pištole sa fajčí – hľadanie dôkazov

Vedci pracujúci na experimente študovali prechodné stavy, ktoré viedli k vzniku J/ψ mezónov a protónov. Jediný spôsob, ako vysvetliť rozpad Lambda b práve na takéto častice, je pomocou pentakvarku. Pri tomto type rozpadu vzniká pentakvark zložený z dvoch kvarkov up, jedného down, charm a jednoho antikvarku c. Ako sami tušíte, častica Lambda b obsahovala kvarky u, d a c! Tušíte, že existujú minimálne 4 stavy pentakvarkov podľa toho, aké mezóny sledujeme pri rozpade. Pentakvark pri rozpade J/ψ mezónu s protónom je potvrdený.

Pentakvarky sa prejavujú ako rezonancia na energiách 4,38, resp. 4,45 GeVů (gigaelektronvoltů) (matfyz.cz)

Po senzačnom objavení Higgsovho bozónu vo Veľkom hadronovom urýchľovači sa zapísal LHC do siene histórie vedeckého bádania navždy. LHC ale pátra úspešne ďalej.

Zdroje: 
Na Velkém hadronovém srážeči chytili pentakvarky (osel.cz)
Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0b→J/ψK−p decays (arxiv.org)
Standard Model (wikipedia.org)
Kvark (wikipedia.org)
Large Hadron Collider (wikipedia)
Nová exotická částice „pentakvark“ objevena v CERN (matfyz.cz)
Objev hadronu složeného z pěti kvarků (aldebaran.cz)
Po pentakvarku objeven i tetrakvark? (aldebaran.cz)