Sciencemag.cz
Doporučujeme
Spolupráce CMS oznamuje první měření kvantových vlastností rodiny tetrakvarků, která byla nedávno objevena na urychlovači LHC.
K dnešnímu dni Large Hadron Collider v CERNu přispěl k objevu 80 částic. Nejznámější z nich je Higgsův boson, klíčová složka Standardního modelu částicové fyziky. Ostatní částice jsou hadrony, skládající se z kvarků, které fyzikům umožňují zkoumat zajímavé vlastnosti silné jaderné síly.
Většina dosud objevených hadronů jsou částice složené dvou nebo tří kvarků, tj. mezony a baryony. Jedním z nejpozoruhodnějších výsledků LHC je však potvrzení existence exotických hadronů složených ze čtyř nebo pěti kvarků.
Přesná povaha těchto exotických hadronů zdaleka není dosud jasná. Některé modely je popisují jako pevně vázané tetrakvarky nebo pentakvarky, jiné jako volně vázané páry standardních hadronů a další jako obojí současně.
Vědci z projektu CMS (Compact Muon Solenoid) nyní tvrdí, že udělali důležitý krok k objasnění skutečné povahy exotických hadronů – oznámila první měření kvantových vlastností rodiny tří tetrakvuarků složených výlučně z kvarků c (charm, půvabný).
Kvarky se vyskytují v šesti typech: up (u, nahoru), down (d, dolů), charm (c, půvabný), strange (s, podivný), top (t, svrchní) a bottom (b, spodní). Tetrakvarky a pentakvarky objevené dosud v LHC a v dalších urychlovačích částic obvykle obsahují půvabný kvark a jeho antihmotový protějšek (půvabný antikvark), přičemž zbývající dva nebo tři kvarky jsou nahoru, dolů nebo podivný kvarky, prespektive jejich antikvarky. V posledních letech však byly objeveny i jiné typy. Objevování a studium různých druhů tetrakvarků a pentakvarků pomáhá fyzikům lépe pochopit, jak silná interakce váže kvarky nejen do těchto exotických částic, ale také do konvenčních hadronů, jako jsou protony a neutrony – tedy částice tvořící prakticky veškerou hmotu kolem nás.
Rodina tetrakvarků zkoumaná nyní vědci z projektu CMS je obzvláště slibná, protože zahrnuje tři tetrakvarky složené výhradně z těžkých půvabných kvarků, přesněji ze dvou půvabných kvarků a dvou půvabných antikvarků. Takové tetrakvarky složené výhradně z kvarků c mají umožňovat snazší studium silné interakce než jejich lehčí ekvivalenty.
Tři nově zkoumané částice jsou X(6600), X(6900) a X(7100), kde čísla v závorkách označují jejich přibližnou hmotnost v milionech elektronvoltů. Druhá nejhmotnější částice z této trojice byla poprvé popsána v roce 2020 v rámci spolupráce LHCb a od té doby také nezávisle v rámci spolupráce ATLAS a CMS. Projekt CMS také oznámil nejméně a nejvíce hmotnou částici z této trojice.
Aby určila kvantové vlastnosti těchto těžkých tetrakvarků, analyzoval tým CMS data shromážděná detektorem CMS v letech 2016 až 2018 během druhého běhu urychlovače LHC. Studiem rozpadů každé částice X na dvě částice J/psi (složené z páru podivného kvarku a podivného antikvarku), které se následně rozpadají na dva miony, vědci změřili tři kvantové vlastnosti: spin, symetrii parity (jak se částice a její produkty rozpadu chovají z hlediska srovnání procesu a jeho zrcadlového odrazu – „pravolevá symetrie“) a symetrii elektrického náboje (jak se systém transformuje, když je každá částice nahrazena svou antičásticí).
U všech tří tetrakvarků byla zjištěna symetrie party a náboje 1 (symetrie vůči „pootočení vlnové funkce“) a spin odpovídal hodnotě 2. Tyto hodnoty omezují možnou vnitřní strukturu nových tetraquarků a naznačují, že jsou pravděpodobně tvořeny objekty z pevně vázaných kvarků.
Determination of the spin and parity of all-charm tetraquarks, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09711-7
Zdroj: CERN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
