O Large Hadron Collider encontrou uma partícula completamente nova – um tetraquark duplamente encantado

Como parte de um projeto para estudar partículas no Grande Colisor de Hádrons, os cientistas descobriram uma partícula completamente nova – um tetraquark duplamente encantado. A partícula recebeu este nome devido ao fato de ser constituída por dois quarks encantados e dois antiquarks leves, superior e inferior. A descoberta foi anunciada em uma conferência da European Physical Society, cientistas do Instituto de Física Nuclear em homenagem a G.I. Budker (Filial Siberiana da Academia Russa de Ciências, Novosibirsk).

Espectro dos produtos da decomposição de um tetraquark em mésons, o pico indica o registro de uma partícula. Fonte: desy.de

Inicialmente, acreditava-se que os hádrons podem consistir em dois quarks, formando um méson em um par quark-antiquark, ou em três quarks, formando um bárion (por exemplo, um próton ou um nêutron). No entanto, cerca de 50 anos atrás, quando o modelo de quark ainda estava sendo criado, seu autor Murray Gell-Mann previu que partículas mais complexas poderiam existir. Essas partículas não se encaixavam no modelo tradicional, então foram chamadas de exóticas. Partículas exóticas aparecem devido à incorporação de um par quark-antiquark em uma estrutura de méson ou bárion.

Por muito tempo, essa hipótese permaneceu apenas uma teoria, até que em 2014, durante o experimento LHCb no Large Hadron Collider, os cientistas puderam observar o primeiro tetraquark. Em 2015, foi anunciada a descoberta do pentaquark. Quatro pentaquarks e cerca de vinte tetraquarks foram descobertos até agora.

Todos os tetraquarks descobertos e confirmados até agora possuem um encanto oculto. Charme é um número quântico que reflete um dos tipos de quark ou leptões – cheiros. O encanto oculto significa que eles incluíram diferentes combinações de quarks, mas em qualquer caso, essas combinações sempre incluíram um quark encantado e um antiquark encantado. A singularidade da nova partícula reside no fato de que consiste em dois quarks encantados (c-quarks), relativamente pesados, com uma massa da ordem de um gigaeletronvolt, que é comparável à massa de um próton, bem como dois antiquarks u e d leves, sua massa é três ordens de magnitude menor, é medida em unidades de megaeletronvolts. Devido à presença de dois quarks encantados, a nova partícula foi denominada Tcc +. A letra “T” significa “tetraquark”, as letras “cc” indicam dois quarks encantados (quarks c,

Um tetraquark nasce em colisões próton-próton e subsequente decadência em mésons. Fonte: desy.de

Como parte do estudo, os cientistas analisaram os dados coletados na primeira e na segunda temporadas do colisor de 2011 a 2018. Com base nos resultados da análise dos dados experimentais, foi possível registrar cerca de duzentos eventos de criação de uma partícula Tcc +. Sua descoberta foi confirmada com uma significância de 10 desvios-padrão, o que significa que não há virtualmente nenhuma chance de uma flutuação aleatória que os cientistas possam confundir com um sinal.

Outro ponto notável é a largura de decaimento relativamente estreita de uma nova partícula, é cerca de 0,5 MeV com valores típicos de dezenas e até centenas de MeV. Em outras palavras, Tcc + existe ordens de magnitude mais do que estruturas quânticas semelhantes, o que o torna o hádron exótico mais estável. E, finalmente, os produtos de decaimento do novo tetraquark são relativamente fáceis de detectar, o que, dada a alta estabilidade da partícula, facilitará medições precisas de suas propriedades.

A descoberta de um tetraquark duplamente encantado ajudará na descoberta de outra partícula exótica – um tetraquark duplamente encantador, que em vez de dois quarks encantados (quarks c) contém dois quarks adoráveis ​​(quarks b). Teoricamente, tal partícula praticamente não será capaz de decair com base em fortes mecanismos de interação, uma vez que sua massa será menor que a massa dos produtos de decaimento. Ele se deteriorará em uma interação fraca. Em outras palavras, sua vida útil aumentará em várias ordens de magnitude em comparação com o Tcc + estável.