Przełom w fizyce - odkryto wyjątkowo egzotyczną cząstkę elementarną

Nowa cząstka odkryta podczas eksperymenty LHCb w CERN została oznaczona jako T_cc⁺. Jest tetrakwarkiem - egzotycznym hadronem zawierającym dwa ciężkie kwarki i dwa lekkie antykwarki. To pierwszy taki przypadek znany fizykom.

Kwarki są podstawowym budulcem, z którego zbudowana jest materia. Łączą się one w hadrony (jak proton i neutron), które składają się z trzech kwarków, oraz mezony, które powstają jako pary kwark-antykwark. W ostatnich latach odkryto wiele tzw. egzotycznych hadronów - cząstek z czterema lub pięcioma kwarkami, zamiast konwencjonalnych dwóch lub trzech. Nowe odkrycie dotyczy szczególnie unikalnego egzotycznego hadronu.Nowa cząstka zawiera dwa kwarki powabne oraz antykwark górny i antykwark dolny. W ostatnich latach odkryto kilka tetrakwarków (w tym jeden z dwoma kwarkami powabnymi i dwoma antykwarkami powabnymi), ale ten jest pierwszym, który zawiera dwa kwarki powabne, bez antykwarków powabnych dla ich zrównoważenia. Cząstki zawierające kwark powabny i antykwark powabny mają "ukryty powab" - liczba kwantowa dla całej cząstki sumuje się do zera, tak jak dodatni i ujemny ładunek elektryczny. Tutaj liczba kwantowa sumuje się do dwóch, a więc cząstka ma podwójny powab. T_cc⁺ jest pierwszą znalezioną cząstką, która należy do klasy tetrakwarków z dwoma ciężkimi kwarkami i dwoma lekkimi antykwarkami. Cząstki takie rozpadają się przekształcając się w parę mezonów, z których każdy składa się z jednego z ciężkich kwarków i jednego z lekkich antykwarków. Według niektórych przewidywań teoretycznych masa tego typu tetrakwarków powinna być bardzo zbliżona do sumy mas dwóch mezonów. Taka bliskość masy sprawia, że rozpad jest "trudny", co skutkuje dłuższym czasem życia cząstki i rzeczywiście Tcc+ jest najdłużej żyjącym egzotycznym hadronem, jaki do tej pory znaleziono.

Odkrycie otwiera drogę do poszukiwania cięższych cząstek tego samego typu, z jednym lub dwoma kwarkami powabnymi zastąpionymi przez kwarki dolne. Cząstka z dwoma kwarkami dolnymi jest szczególnie interesująca: zgodnie z obliczeniami jej masa powinna być mniejsza od sumy mas dowolnej pary mezonów B. Czyni to jej rozpad nie tylko mało prawdopodobnym, ale wręcz zakazanym: cząstka nie mogłaby się rozpadać poprzez oddziaływanie silne i musiałaby to robić poprzez oddziaływanie słabe, co sprawiłoby, że jej czas życia byłby o kilka rzędów wielkości dłuższy niż jakiegokolwiek zaobserwowanego wcześniej egzotycznego hadronu.Nowy tetrakwark  T_cc⁺ jest kuszącym obiektem do dalszych badań. Cząstki, na które się rozpada są stosunkowo łatwe do wykrycia, a w połączeniu z niewielką ilością energii dostępnej w rozpadzie, prowadzi to do doskonałej precyzji w określaniu jego masy i pozwala na badanie liczb kwantowych. To z kolei może stanowić surowy test dla istniejących modeli teoretycznych, a nawet potencjalnie pozwolić na zbadanie wcześniej nieosiągalnych efektów.