Misztikus mezon

Az X-részecske, vagyis X (3872) nyomára először két évtizeddel ezelőtt, 2003-ban akadtak a kutatók, mikor a japán Belle kísérletben az elektronok és protonok ütköztetése során egy egészen rövid pillanatra detektálták egy új típusú mezon jelenlétét. A szubatomi részecskéről annyit kiderítettek a kutatók, hogy nagyjából ugyanakkora tömeggel rendelkezik, mint egy héliumatom, viszont nem kínálkozott lehetőség a struktúrájának alaposabb vizsgálatára, mivel extrém gyorsasággal lebomlott: a másodperc billiárdod részének a milliárdod részéig élt csak, mielőtt más típusú részecskék jöttek volna létre belőle.

Miért volt nagy jelentőségű az X (3872) felfedezése? Ahogy a kísérletért felelős KEK (Kō Enerugī Kasokuki Kenkyū Kikō, Nagyenergiájú Gyorsítók Kutatási Szervezete) is írja, a gyorsítókban zajló ütköztetések alatt sokszor fedeznek fel újfajta szubatomi részecskéket (a Nagy Hadronütköztetőben már 62 új hadron jeleit figyelték meg eddig és ezek száma növekedhet az adatok utólagos elemzései során), ezért ezek az események általában nem számítanak igazán különleges alkalomnak, de az X mégis felkeltette a tudósok figyelmét, mert nem igazán fért bele a mezonok ismert kategóriáiba.

A titokzatos mezon néven emlegetett részecske a feltételezések szerint nem a szokásos kvark-antikvark párosból áll össze, mint a többi társa, hanem lehetséges, hogy két kvarkból és két antikvarkból, ami azt jelentette, hogy megtalálták az első képviselőjét a megjósolt tetrakvarkoknak.

Tetrakvarkok

Az X-részecskét rövid élettartama miatt nehezen tudták kiismerni a tudósok, de a tetrakvarkok létezésére azóta már több ízben is szereztek bizonyítékot, legutóbb augusztusban jelentették be a Tcc+ dupla bájos tetrakvark észlelését a Nagy Hadronütköztető korábbi kísérleteiből származó adatok között, amely már valamivel hosszabb, trilliomod másodperces létezésével jobb lehetőséget nyújtott a kutatóknak arra, hogy a kvarkok közötti erős kölcsönhatás működéséről szóló hipotéziseket teszteljék. Ezek a nagyon gyorsan lebomló részecskék azonban nem adnak elég teret az alaposabb megfigyelések elvégzésére, ezért is jelent fontos lépést a Nagy Hadronütköztető CMS Együttműködésében résztvevő fizikusok most bejelentett felfedezése, az X-részecskék detektálása a nehézion ütközések során a Nagy Hadronütköztetőben.

Plazma az ősidőkből

A CMS kísérletek 2018-as adatbázisa több mint 13 milliárd nehézion (ólom-ólom) ütközésről szóló információkat tartalmazza, amelyek során úgynevezett ősleves, vagyis kvark-gluon plazma keletkezett. Ebben a forró közegben, ami ahhoz hasonló, mint amely az ősrobbanás utáni töredék másodpercekben kitöltötte a világegyetemet, sok kvadrillió (ezer trillió) egzotikus részecske keletkezik, amelyek mindegyike csak szempillantásnyi ideig él lebomlása előtt. Ebből a "zajból" kellett kiválogatnia a kutatóknak azokat a jeleket, amelyek az általuk keresett X-részecske jelenlétére utalhatnak, a részecske bomlásának sajátos mintázata alapján. A hatalmas munkához gépi tanulási algoritmusok segítségét használták, amellyel sikerült 100 alkalommal megtalálni az X (3872) példányait, bizonyítva, hogy a plazmakísérletek ideális lehetőséget kínálnak a misztikus mezon tanulmányozásához.

Az elkövetkező években a részecskegyorsítóban elvégzett további kísérletekkel, illetve a korábbi adatok részletesebb elemzésével a fizikusok igyekeznek az X-részecske struktúráját feltérképezni, hogy végre többet megtudjanak a rejtélyes elemről. Amennyiben az X egy egymáshoz szorosan kapcsolódó kvarkokból álló tetrakvark, akkor lassabban bomlik le, mintha más lenne a felépítése, így minél több X (3872)-et találnak és figyelnek meg, annál pontosabban fel lehet mérni a sajátosságait és következtetni az összetételére.

"Ez csak a történet kezdete. Megmutattuk, hogy rá tudunk találni a jelekre."

- mondta Yen-Jie Lee, a tanulmány főszerzője - "A következő években arra szeretnénk használni a kvark-gluon plazmát, hogy betekintést nyerjünk az X-részecske belső szerkezetébe, amely megváltoztathatja az elképzelésünket arról, hogy milyen típusú anyagokat hozhat létre az univerzum."

(MIT News Fotó: CERN, Wikimedia Commons)

Új lakó a részecske-állatkertben a CERN fizikusainak jóvoltából A részecske-állatkert a fizika régebbi kifejezése az elemi részecskék viszonylag kiterjedt listájának leírására, összehasonlítva azt egy állatkertben található fajok sokféleségével. Bár a múlt század 60-as évei óta a fizika sokat fejlődött, és már azt is tudjuk, hogy nem minden elemi részecske ami fénylik, azért most nagy örömmel mutatjuk be nektek a legújabb tetrakvarkot.