Fizycy potwierdzili istnienie nowej cząstki subatomowej, rodzaju barionu, zawierającej dwa kwarki powabne i kwark dolny. Odkrycie to dokonane w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w Genewie w Szwajcarii poszerza naszą wiedzę na temat podstawowych elementów składowych materii i sił, które je kontrolują.
Elementy budulcowe materii
Atomy składają się z protonów i neutronów, które z kolei składają się z jeszcze mniejszych cząstek zwanych kwarkami. Istnieje sześć „smaków” kwarków: górny, dolny, czarujący, dziwny, dolny i górny. Cięższe kwarki, takie jak kwarki powabne, są znacznie mniej powszechne w materii codziennej, ale mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia silnego oddziaływania jądrowego.
Co czyni tę cząstkę wyjątkową?
Nowo odkryta cząstka to podwójnie zaczarowany barion, co oznacza, że zawiera dwa kwarki powabne zamiast zwykłych kwarków górnych występujących w protonach. To zastąpienie znacznie zwiększa jego masę – około czterokrotnie większą niż proton. Cząstka oznaczona jako barion składa się z trzech kwarków, co klasyfikuje ją jako hadron, większą rodzinę cząstek zbudowanych z kwarków.
Eksperyment LHCb, jeden z dziewięciu detektorów w LHC, odkrył nową cząstkę podczas zderzeń protonów o wysokiej energii. Kiedy protony zderzają się z prędkością przekraczającą 99% prędkości światła, ich energia zamieniana jest na nowe cząstki, które szybko rozpadają się na lżejsze formy. Odkrycie to jest 80. hadronem zaobserwowanym w LHC od początku eksperymentów.
Dlaczego to ma znaczenie: silna interakcja
Odkrycie tych egzotycznych cząstek pomaga fizykom zbadać oddziaływanie silne, najpotężniejszą, ale najmniej poznaną podstawową siłę w przyrodzie. Siła ta wiąże kwarki wewnątrz hadronów, a zrozumienie jej wymaga rozwikłania zawiłości chromodynamiki kwantowej (QCD).
„Odkrycie takich cząstek pomaga fizykom dowiedzieć się więcej o oddziaływaniu silnym, najpotężniejszej sile w przyrodzie, która wiąże hadrony.”
Nowo odkryty barion jest dopiero drugim zaobserwowanym w przypadku dwóch ciężkich kwarków. Poprzedni, odkryty w 2017 roku, zawierał dwa kwarki powabne i jeden kwark górny. Nowa cząstka jest jeszcze mniej stabilna i rozpada się sześć razy szybciej. Ten krótki czas życia utrudnia wykrycie, ale dostarcza ważnych danych na temat działania silnych oddziaływań.
Odkrycie ogłoszono na konferencji fizyki cząstek elementarnych Moriond we Włoszech, podkreślając ciągły postęp w fizyce wysokich energii i naszą rosnącą zdolność do badania najgłębszych tajemnic Wszechświata.
Badania te są potrzebne do przetestowania Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych i udoskonalenia naszej wiedzy na temat powstawania masy i innych właściwości w cząstkach złożonych, takich jak bariony. Aktualizacje LHC przeprowadzone w 2023 r. przyniosły już tę nową cząstkę, co wskazuje na dalsze odkrycia w przyszłości.
