Ein Pentaquark und das allererste Tetraquarkpaar

Die International Collaboration am Large Hadron Collider (LHC) beobachtete drei Teilchen, die noch nie zuvor gesehen worden waren: eine neue Art von Pentaquark und das allererste Paar von Tetraquarks, das eine neue Art von Tetraquark enthält. Die Ergebnisse, die heute auf dem CERN-Symposium vorgestellt wurden, fügen der wachsenden Liste neuer Hadronen, die am LHC gefunden wurden, drei neue außerirdische Mitglieder hinzu. Sie werden den Physikern helfen, besser zu verstehen, wie Quarks in diesen zusammengesetzten Teilchen aneinander gebunden sind.

Quarks sind Elementarteilchen Es gibt sie in sechs Geschmacksrichtungen: aufwärts, abwärts, charmant, exotisch, auf und ab. Sie verbinden sich normalerweise in binären und dreifachen Gruppen, um Hadronen wie Protonen und Neutronen zu bilden, die Atomkerne bilden. Es kann sich jedoch selten auch zu Teilchen aus vier Quarks und fünf Quarks oder „quartären Quarks“ und „Pentaquarks“ verbinden. Theoretiker haben diese seltsamen Hadronen zur gleichen Zeit wie herkömmliche Hadronen vor etwa sechs Jahrzehnten vorhergesagt, aber erst vor kurzem, in den letzten 20 Jahren, wurden sie vom LHCb und anderen Experimenten beobachtet.

Die meisten der in den letzten zwei Jahrzehnten entdeckten exotischen Hadronen sind Tetraquarks oder Pentaquarks, die ein Charm-Quark und ein Charm-Antiquark enthalten, wobei zwei oder drei verbleiben subatomare Partikel Ein Up-, Down- oder Odd-Quark sein. Aber in den letzten zwei Jahren hat der LHCb verschiedene Arten exotischer Hadronen entdeckt. Vor zwei Jahren entdeckte die Collaboration ein quartäres Quark, das aus zwei Charm-Quarks und zwei Charm-Quarks besteht, sowie zwei „charming open“-Quarks, die aus einem Charm-Antiquark, einem Up-Quark, einem Down-Quark und einem seltsamen Antiquark bestehen. Und letztes Jahr stolperte ich über das allererste Beispiel eines „Double Open Magic“-Quadranten mit zwei Charm-Quarks und einem Up-and-Down-Antiquark. Offene Magie bedeutet, dass das Teilchen ein Charm-Quark ohne ein äquivalentes Antiquark enthält.

Die heute von der LHCb-Kollaboration bekannt gegebenen Entdeckungen umfassen neue Arten exotischer Hadronen. Der erste Typ, der bei der Analyse des „Zerfalls“ negativ geladener B-Mesonen beobachtet wird, ist ein Pentagon, das aus einem Charm-Quark, einem Charm-Antiquark, einem Up-and-Down-Quark und einem Strange-Quark besteht. Es ist das erste Pentagon, das ein seltsames Quark enthält. Das Ergebnis ist von enormer statistischer Signifikanz von 15 Standardabweichungen, weit über den fünf Standardabweichungen, die erforderlich sind, um die Beobachtung des Teilchens zu beanspruchen Teilchenphysik.

Der zweite Typ ist ein doppelt elektrisch geladener Quadrupol. Es ist ein offenes verzaubertes Tetraquark bestehend aus a Charme Quarks, seltsame Antiquarks und Up- und Down-Quarks Antiquark, das mit seinem neutralen Gegenstück in einer gemeinsamen Analyse des Zerfalls von positiv geladenen und neutralen B-Mesonen beobachtet wurde. Die neuen Tetraquarks, die mit einer statistischen Signifikanz von 6,5 (doppelt geladenes Teilchen) und 8 (neutrales Teilchen) Standardabweichungen beobachtet wurden, stellen das erste Mal dar, dass ein Paar Tetraquarks beobachtet wurde.

„Je mehr Analysen wir durchführen, desto mehr exotische Hadronen finden wir“, sagt LHCb-Physikkoordinator Nils Toning. „Wir erleben eine ähnliche Entdeckungsphase wie in den 1950er Jahren, als die Entdeckung des „Teilchenzoos“ der Hadronen begann und schließlich dazu führte Quark Das klassische Hadronenmodell der 1960er Jahre. Wir machen „Particle Zoo 2.0“.

„Neue Arten von Tetraquarks und Pentaquarks zu finden und ihre Eigenschaften zu messen, wird Theoretikern helfen, ein einheitliches Modell exotischer Hadronen zu entwickeln, deren genaue Natur weitgehend unbekannt ist“, sagt LHCb-Sprecher Chris Parks. „Es wird auch helfen, konventionelle Hadronen besser zu verstehen.“

Während ein paar theoretische Modelle Exotische Hadronen werden als fest verbundene Einzeleinheiten von Quarks beschrieben, während andere Modelle sie als Paare modularer Hadronen betrachten, die lose in einer molekülähnlichen Struktur verbunden sind. Nur die Zeit und weitere Studien exotischer Hadronen werden zeigen, ob dies der Fall ist Körner das eine oder das andere oder beides.