Odkrycie nowej cząstki przez fizyków CERN

Naukowcy z CERN w ramach eksperymentu LHCb (ang. Large Hadron Collider beauty)[1] odkryli nowy rodzaj mezonów, który zmieni nasz pogląd na silne oddziaływania w jądrach atomów. Cząstka otrzymała oznaczenie Ds3*(2860). Indeks dolny 3 oznacza, że posiada spin 3, zaś liczba w nawiasach 2860 jest masą cząstki wyrażoną jednostką: MeV/c2. Wartość ta odpowiada wielkości ok. 3 razy większej od wartości masy protonu.

Odkrycie nowej cząstki przez fizyków CERN_2

Rys.1 Prawa autorskie: LHCb

Istnieje sześć kwarków znanych fizykom: górny (ang. up), dolny (ang. down), dziwny (ang. strange), powabny (ang. charm), niski (ang. bottom) i wysoki (ang. top)[2]. Protony i neutrony są zbudowane z mieszaniny kwarków (u) i (d), ale cząstki powstające w akceleratorze takim jak CERN’s mogą zawierać niestabilne, cięższe kwarki. Ponadto, niektóre z tych cząstek mają wyższe wartości spinów niż naturalnie występujące stabilne cząstki. Ds3*(2860) został zakwalifikowany jako mezon zbudowany z antykwarku (c) i kwarku (s).

Ds3*(2860) została odkryta w łańcuchu rozpadu Bs0 → D0Kπ+, gdzie: Bs0, D0, K i π+ są mezonami złożonymi odpowiednio z: antykwarku (b) i kwarku (s), antykwarku (c) i kwarku (u), antykwarku (u) i kwarku (s), antykwarku (d) i kwarku (u). Cząstki zostały zaobserwowane jako piki w kombinacji mas mezonów: D0 i K ,co jest przedstawione na wykresie. Rozkłady kątów pomiędzy mezonami pozwalają na jednoznaczne ustalenie spinu nowej cząstki.

Odkrycie nowej cząstki przez fizyków CERN

Rys.1 Prawa autorskie: LHCb

Prof. Tim Gershon (University of Warwick, UK) wyjaśnia, że Ds3*(2860) związane są ze sobą w podobny sposób jak protony. Silne oddziaływania[3] są jednymi z czterech fundamentalnych sił rządzących przyrodą, pozostałe trzy to oddziaływania: grawitacyjne, elektromagnetyczne i słabe siły jądrowe. Oddziaływania grawitacyjne opisują wszechświat w dużej skali, począwszy od galaktyk, aż do spadającego jabłka Newtona, podczas gdy oddziaływania elektromagnetyczne są odpowiedzialne za wiązanie cząsteczek i utrzymanie elektronów na orbitalach wokół jądra atomu. Silne oddziaływania wiążą kwarki, czyli cząstki elementarne, które tworzą protony w obrębie atomu. Są one tak silne, że energia wiązania protonu daje znacznie większy udział w masie w  równaniu Einstein’a (E=mc2), niż same kwarki. Częściowo ze względu na względną prostotę sił, naukowcy byli w stanie wcześniej rozwiązać równanie opisujące grawitację i wzajemne elektromagnetyczne oddziaływania, ale siła oddziaływań silnych uniemożliwia rozwiązanie takiego równania w ten sam sposób. „Obliczenia te są możliwe z wykorzystaniem techniki obliczeniowej zwanej Lattice QCD[4]. W celu potwierdzenia tych obliczeń niezbędne jest porównanie do wyników eksperymentalnych” – twierdzi prof. Gershon. Ds3*(2860) jest idealny do obliczeń teoretycznych, ponieważ jest pierwszą znaną cząstką, która zawiera ciężkie kwarki (c) ze spinem 3, co nie pozostawia żadnych wątpliwości przy jej identyfikacji. W związku z tym stanowi ona punkt odniesień dla przyszłych teoretycznych obliczeń, które zmienią naszą wiedzę na temat sposobu w jaki są związane ze sobą jądra atomów.

Odkrycie zostało opisane w Physical Review Letter[5] oraz Physical Review D[6]

  1. http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/
  2. http://particleadventure.org/quarks.html
  3. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/forces/funfor.html
  4. http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice_QCD
  5. Physical Review Letters 2014, http://arxiv.org/abs/1407.7574
  6. Physical Review D 2014, http://arxiv.org/abs/1407.7574
  7. http://www.sci-news.com/physics/science-cern-new-subatomic-particle-02200.html

Opracował: Łukasz Kurach

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*