Um pentaquark e o primeiro par de tetraquarks

A Colaboração Internacional no Grande Colisor de Hádrons (LHC) observou três partículas inéditas: um novo tipo de pentaquark e o primeiro par de tetraquarks, que inclui um novo tipo de tetraquark. Os resultados, apresentados hoje no simpósio do CERN, adicionam três novos membros alienígenas à crescente lista de novos hádrons encontrados no LHC. Eles ajudarão os físicos a entender melhor como os quarks estão ligados nessas partículas compostas.

quarks são partículas elementares Ele vem em seis sabores: para cima, para baixo, charmoso, exótico, para cima e para baixo. Eles geralmente se combinam em grupos binários e triplos para formar hádrons, como prótons e nêutrons, que compõem os núcleos atômicos. No entanto, raramente, também pode se combinar em partículas de quatro quarks e cinco quarks, ou “quarks quaternários” e “pentaquarks”. Os teóricos previram esses estranhos hádrons ao mesmo tempo que os hádrons convencionais, cerca de seis décadas atrás, mas apenas recentemente, nos últimos 20 anos, eles foram observados pelo LHCb e outros experimentos.

A maioria dos hádrons exóticos descobertos nas últimas duas décadas são tetraquarks ou pentaquarks que contêm um quark charm e um antiquark charm, com dois ou três remanescentes. partículas subatômicas Sendo um quark up, down ou ímpar. Mas nos últimos dois anos, o LHCb detectou diferentes tipos de hádrons exóticos. Há dois anos, a Colaboração descobriu um quark quaternário composto por dois quarks charm e dois quarks charm, e dois quarks “charming open” compostos por um antiquark charm, um quark up, um quark down e um antiquark estranho. E no ano passado me deparei com o primeiro exemplo de um quadrante “magia aberta dupla” com dois quarks charm e um antiquark up e down. Magia aberta significa que a partícula contém um quark charm sem um antiquark equivalente.

As descobertas anunciadas hoje pela colaboração do LHCb incluem novos tipos de hádrons exóticos. O primeiro tipo, observado na análise do “decaimento” de mésons B carregados negativamente, é um pentágono formado por um quark charm, um quark charm, um quark up, um quark down e um quark estranho. É o primeiro pentágono que foi encontrado para conter um quark estranho. O resultado é de enorme significância estatística de 15 desvios padrão, bem acima dos cinco desvios padrão necessários para reivindicar a observação da partícula em Física de partículas.

O segundo tipo é um quadrupolo duplamente carregado eletricamente. É uma quadra encantadora aberta composta por uma Charme Quarks, antiquarks estranhos e quarks up e down Antiquark, que foi observado com sua contraparte neutra em uma análise conjunta do decaimento de mésons B carregados positivamente e neutros. Os novos tetraquarks, observados com significância estatística de 6,5 (partículas de carga dupla) e 8 (partículas neutras) desvios padrão, representam a primeira vez que um par de tetraquarks foi observado.

“Quanto mais análises fazemos, mais hádrons exóticos encontramos”, diz Nils Toning, coordenador de física do LHCb. “Estamos vivendo um período de descoberta semelhante à década de 1950, quando começou a descoberta do “zoológico de partículas” de hádrons e acabou levando a quark O modelo clássico de hádrons da década de 1960. Estamos fazendo “Particle Zoo 2.0”.

“Encontrar novos tipos de tetraquarks e pentaquarks e medir suas propriedades ajudará os teóricos a desenvolver um modelo unificado de hádrons exóticos, cuja natureza exata é amplamente desconhecida”, disse Chris Parks, porta-voz do LHCb. “Isso também ajudará a entender melhor os hádrons convencionais.”

Enquanto alguns modelos teóricos Hádrons exóticos são descritos como unidades únicas de quarks fortemente ligadas, enquanto outros modelos os visualizam como pares de hádrons modulares fracamente ligados em uma estrutura semelhante a uma molécula. Somente o tempo e mais estudos de hádrons exóticos dirão se estes são grãos um ou outro ou ambos.