(Parte inferior direita) Distribuição bidimensional de candidatos di-J / ψ e suas projeções em (parte inferior esquerda) M (1) μμ e (topo) M (2) μμ. Quatro componentes estão presentes, pois cada projeção consiste em candidatos J / ψJ / ψ de sinal e de fundo. Os rótulos J / ψ1, 2 e bkg1, 2 representam as contribuições de sinal e fundo, respectivamente, no M (1), (2) distribuição μμ. Crédito:CERN
O projeto Large Hadron Collider Beauty (LHCb) observou uma partícula exótica composta de quatro quarks charme pela primeira vez.
A colaboração do LHCb observou um tipo de partícula de quatro quark nunca vista antes. A descoberta, apresentado em um seminário recente no CERN e descrito em um artigo publicado hoje é provavelmente o primeiro de uma classe de partículas até então desconhecida nunca antes vista por físicos.
A descoberta ajudará os físicos a entender melhor os quarks, um tipo de partícula elementar que é um bloco de construção fundamental de toda a matéria. Quarks se formam juntos para formar partículas compostas conhecidas como hádrons, que incluem prótons e nêutrons. Esta descoberta revolucionária pode ajudar os cientistas a compreender as formas complexas pelas quais os quarks se unem para formar esses compostos.
Os quarks normalmente se combinam em grupos de dois e três para formar os hádrons. Por décadas, Contudo, teóricos previram a existência de hadrons de quatro quark e cinco quark, que às vezes são descritos como tetraquarks e pentaquarks e, nos últimos anos, experimentos incluindo o LHCb confirmaram a existência de vários desses hádrons exóticos.
Essas partículas feitas de combinações incomuns de quarks são um "laboratório" ideal para estudar uma das quatro forças fundamentais conhecidas da natureza, a forte interação que liga os prótons, nêutrons e os núcleos atômicos que compõem a matéria. O conhecimento detalhado da forte interação também é essencial para determinar se é novo, processos inesperados são um sinal de nova física ou apenas física padrão.
“Partículas compostas por quatro quarks já são exóticas, e o que acabamos de descobrir é o primeiro a ser feito de quatro quarks pesados do mesmo tipo, especificamente dois quarks charme e dois antiquarks charme, "diz o porta-voz de saída da colaboração LHCb, Giovanni Passaleva. "Até agora, o LHCb e outros experimentos observaram apenas tetraquarks com no máximo dois quarks pesados e nenhum com mais de dois quarks do mesmo tipo. "
Porta-voz entrante do LHCb, Chris Parkes, da Universidade de Manchester, disse:"É um grande prazer e uma honra assumir o cargo de porta-voz do LHCb. A colaboração inclui mais de 1400 membros de 19 países diferentes, uma comunidade que trabalha em conjunto para promover nossos objetivos científicos. A Universidade de Manchester e as outras dez instituições do Reino Unido desempenham um papel importante na colaboração.
"A descoberta de hoje abre outro capítulo emocionante neste livro científico, permitindo-nos estudar nossa teoria das partículas de matéria em um caso extremo. Esta partícula é um caso extremo - é um hadron exótico, contendo quatro quarks em vez de dois ou três em partículas de matéria convencionais, e o primeiro a conter quarks pesados.
"O estudo de um sistema extremo permite que os cientistas testem nossas teorias. Por meio do estudo dessa partícula, e a esperança de que possamos descobrir mais partículas nesta classe neste futuro, testaremos nossa teoria de como os quarks se combinam, o que também governa prótons e nêutrons. "
A equipe do LHCb encontrou o novo tetraquark usando a técnica de caça de partículas para procurar um excesso de eventos de colisão, conhecido como "colisão", sobre um pano de fundo suave de eventos. Peneirando todos os conjuntos de dados LHCb da primeira e da segunda execuções do Grande Colisor de Hádrons, que ocorreu de 2009 a 2013 e de 2015 a 2018, respectivamente, os pesquisadores detectaram um aumento na distribuição de massa das partículas, que consistem em um quark de charme e um antiquark de charme.
A colisão tem uma significância estatística de mais de cinco desvios padrão, o limite usual para reivindicar a descoberta de uma nova partícula, e corresponde a uma massa na qual se prevê a existência de partículas compostas por quatro quarks encantos.
Tal como acontece com as descobertas anteriores do tetraquark, não está completamente claro se a nova partícula é um "verdadeiro tetraquark", isso é, um sistema de quatro quarks fortemente unidos, ou um par de partículas de dois quark fracamente ligadas em uma estrutura semelhante a uma molécula. De qualquer jeito, o novo tetraquark ajudará os teóricos a testar modelos de cromodinâmica quântica, a teoria da interação forte.
O papel, Observação da estrutura no espectro de massa do par J / ψ, é publicado no servidor de pré-impressão arXiv.
