Team av fysikere finner tegn på pentaquark-tilstander og ny materie

Teoretikere ved University of Pittsburgh og Swansea University har vist at nylige eksperimentelle resultater fra CERN-kollideren gir sterke bevis for en ny form for materie.

Eksperimentet ved CERN, stedet for verdens høyeste energipartikkelkolliderer, undersøkte en tung partikkel kalt en Lambda b som forfaller til lettere partikler, inkludert det kjente protonet og det berømte J/psi, oppdaget i 1974.

I en artikkel publisert på nettet i dag i Fysisk gjennomgang Dhevder fysikerne Tim Burns fra Swansea i Wales og Eric Swanson ved Pitt at dataene bare kan forstås hvis en ny type materie eksisterer.

Mesteparten av den observerbare massen til universet kommer fra partikler kalt kvarker som kombineres for å lage det kjente protonet og nøytronet og en mengde andre partikler som samhandler mye sterkere enn elektroner eller nøytrinoer. Disse sterkt interagerende partiklene er kjent kollektivt som hadroner, beskrevet i Quantum Chromodynamikkteori. Selv om denne teorien nærmer seg sin 50-årsdag, er det fortsatt notorisk vanskelig å skjelne dens indre funksjoner.

“Kvantekromodynamikk er problembarnet til standardmodellen,” sa Swanson. “Å lære hva det sier om hadroner krever å kjøre verdens raskeste datamaskiner i årevis, noe som gjør det vanskelig å svare på dusinvis av spørsmål dette enkelt eksperimentet reiser.”

Av denne grunn er det avgjørende å gjøre eksperimenter med hadroner – og tolke resultatene riktig – for å forstå kvantekromodynamikken.

Inntil nylig kunne alle hadroner forstås som kombinasjoner av en kvark og en antikvark, som J/psi, eller kombinasjoner av tre kvarker, som protonet. Til tross for dette har det lenge vært mistanke om at andre kvarkkombinasjoner er mulige – det som utgjør nye former for materie. Så, i 2004, kom oppdagelsen av en partikkel kalt X(3872), som så ut til å være en kombinasjon av to kvarker og to antikvarker. Andre kandidatnyheter har kommet siden den gang, selv om ingen av dem definitivt kan identifiseres som eksotiske nye kombinasjoner av kvarker.

“Noen ganger er en støt i dataene en fantastisk ny ting, og noen ganger er det bare en støt,” sa Swanson.

Det nye arbeidet kombinerer CERN-dataene med andre eksperimenter fra 2018 og 2019 for å komme frem til en konsistent forklaring på alle funnene.

“Vi har en modell som forklarer dataene vakkert, og for første gang inkluderer alle de eksperimentelle begrensningene,” sa Burns. Forklaringen krever at det finnes flere nye partikler som består av fire kvarker og en antikvark, kalt «pentaquarks». Forskningen indikerer også at pentakvarkene er akkurat på terskelen for å bli observert ved andre laboratorier.

“Det er egentlig ingen annen måte å tolke dataene på – pentaquark-tilstander må eksistere,” sa Burns. Konklusjonen reiser muligheten for at andre pentaquarks er mulige, og at en helt ny klasse av materie er i ferd med å bli oppdaget.

---

---