Mere end tre år efter at have opdaget en aldrig før set subatomisk partikel, ved fysikerne nu, hvordan disse partikler - kaldet pentaquarks - er sammensat.
Ny forskning afslører tre helt nye former for pentaquarks og viser, at de hver især er lavet af to komponenter: en tre-quark-klynge kaldet en baryon og en parring af quark og antiquark kaldet en meson.
"Vi fik et meget skarpere billede, og vi sagde, 'Herregud, der er ting i det, som vi faktisk ikke har forestillet os,' sagde studieleder Tomasz Skwarnicki, fysiker ved Syracuse University i staten New York.
Subatomisk struktur
Kvarker er subatomære partikler, der findes i seks typer (op, ned, underlig, charme, bund og top). De er byggestenene til protoner og neutroner, der er lavet af tre kvarker hver. Disse tre-kvark partikler er også kendt som baryoner. En anden vigtig partikeltype er meson; disse består hver af et kvark og et antikark. Antiquarks er de underlige antimatter fætter til quarks.
I 1960'erne, da fysikerne først teoretiserede om alle disse kvarker, indså de, at der ikke var nogen grund til ikke at have partikler lavet af fire eller fem kvarker, fortalte Skwarnicki til Live Science. Men der havde ikke været eksperimentelle bevis for fem-kvark partikler eller pentaquarks - det vil sige indtil 2015, da Skwarnicki og hans kolleger opdagede objekterne blandt partiklerne skabt af kollisioner i Large Hadron Collider i Genève.
På det tidspunkt, sagde Skwarnicki, var dataene lidt uklar. Siden da har forskerne øget mængden af data, de har om disse pentaquarks med en faktor på ni. Det førte til et meget skarpere billede, sagde Skwarnicki.
Bolde af kvarker
Den første ting forskerne opdagede var, at der er tre separate pentaquarks af tre unikke masser blandt LHC-partiklerne. Den ene blev tidligere ikke opdaget. De to andre havde vist sig som en pigge i spektret af partikelmasse i 2015-undersøgelsen, men er nu tydelige som to separate partikler med separate masser.
Det vigtigste er, at de nye data afslører de interne strukturer i disse pentaquarks. Tidligere, sagde Skwarnicki, var det ikke klart, hvordan de fem kvarker var arrangeret inde i pentaquark. Var de alle sammen med hinanden? Eller var der i stedet to klynger - en tre-kvark-baryon og en meson (partiklen lavet af en kvark og en antikvark), der interagerede med hinanden?
De nye data afslører, at det er sidstnævnte tilfælde. Baseret på hvordan kvarkerne henfalder - de er ustabile og eksisterer kun kortvarigt, før de ændrer deres konfigurationer - skal de være lavet af interaktive baryoner og mesoner, sagde Skwarnicki. Pentaquarks består af en charmerquark, en anti-charme quark, to up quarks og en down quark. De har forskellige masser, fordi kvarkerne findes i forskellige kvantetilstander.
"Betydningen af de nye observationer er, at den nu peger i en klar retning," sagde han. Hver pentaquark er lavet af en baryon med tre kvark indeni og en meson med en kvark og en antikvark.
”Det er som to separate kugler med kvarker, der klæber til hinanden,” sagde Skwarnicki.
Skwarnicki præsenterede resultaterne 26. marts på fysik-konferencen Rencontres de Moriond i La Thuile, Italien. Forskerne planlægger at foretage yderligere målinger for at bekræfte deres fund, sagde Skwarnicki, og de planlægger at søge efter flere pentaquark-arrangementer.
”Jeg er faktisk overbevist om, at vi i fremtiden vil se flere af disse partikler af pentaquark-type,” sagde han.
