Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z experimentu LHCb v CERNu představili objev nové částice Tcc+. Jedná se o tetrakvark – exotický hadron obsahující dva kvarky a dva antikvarky. Je to nejdéle žijící exotická částice tohoto typu, která byla dosud objevena, a vůbec první částice, která obsahuje dva těžké kvarky a dva lehké antikvarky.
„B“ v názvu experimentu znamená příslušný kvark (bottom, spodní, též beauty). Hlavním cílem experimentu LHCb je zkoumání rozdílů mezi hmotou a antihmotou a otázky narušení CP symetrie.
Kvarky jsou základními stavebními kameny hmoty. Jejich kombinací vznikají hadrony; baryony, jako jsou proton a neutron, se skládají ze tří kvarků, a mezony jsou dvojice kvark-antikvark. V posledních letech byla objevena řada tzv. exotických hadronů – částic se čtyřmi nebo pěti kvarky namísto obvyklých dvou nebo tří. Tcc+ spadá právě do této skupiny.
Nová částice obsahuje dva půvabné (charm) kvarky a antikvark nahoru (up) a dolů (down). V posledních letech bylo objeveno několik tetrakvarků (včetně jednoho se dvěma půvabnými kvarky a dvěma půvabnými antikvarky), ale Tcc+ je první, který obsahuje dva půvabné kvarky, aniž by je vyvažoval půvabný antikvark. Tento stav se označuje jako „open charm“, nerovnováha v půvabných kvarcích (v tomto případě dvojitá, double open charm). Opačný stav se nazývá hidden charm, půvabných kvarků a antikvarků je stejně a celkové příslušné kvantové (charm quantum number) číslo je rovno 0.
Složení kvarku Tcc+ má kromě „double open charm“ i další zajímavé vlastnosti. Je to první nalezená částice, která patří do třídy tetrakvarků se dvěma těžkými kvarky a dvěma lehkými antikvarky. Takové částice by se měly rozpadat na dvojici mezonů, z nichž každý je tvořen jedním z těžkých kvarků a jedním z lehkých antikvarků. Podle některých teoretických předpovědí by hmotnost tetrakvarků tohoto typu měla být velmi blízká součtu hmotností obou vznikajících mezonů. Taková blízkost hmotností ale ztěžuje rozpad, což má za následek delší dobu života částice, a Tcc+ je skutečně nejdéle žijícím dosud nalezeným exotickým hadronem.
Objev otevírá cestu k hledání těžších částic stejného typu, u nichž by jeden nebo oba půvabné kvarky byly nahrazeny kvarky spodními (bottom). Částice se dvěma spodními kvarky je obzvláště zajímavá: podle výpočtů by její hmotnost měla být menší než součet hmotností jakéhokoli páru mezonů B. Tím by se rozpad stal nejen nepravděpodobným (pomalým), ale vlastně by byl přímo zakázán: částice by se nemohla rozpadat prostřednictvím silné interakce a mohla by se rozpadat pouze slabou interakcí, což by její životnost oproti jakémukoli dosud pozorovanému exotickému hadronu prodloužilo o několik řádů.
Autoři výzkumu uvádějí, že nově objevený tetrakvark Tcc+ je lákavým cílem pro další studium. Všechny částice, na které se rozpadá, jsou poměrně snadno detekovatelné a v kombinaci s malým množstvím energie uvolněné při rozpadu by to mělo např. umožnit s velkou přesností určit jeho hmotnost.
Zdroj: CERN / Phys.org
