Mokslo ir technologijų pasaulis

DZero eksperimento duomenys rodo požymius dalelės, sudarytos iš keturių skirtingų kvarkų

Tevatron greitintuvo Fermi Nacionalinės greitintuvo laboratorijos (Fermilab) Ilinojuje duomenyse aptikti niekad neregėtos dalelės, sudarytos iš keturių kvarkų tipų, pėdsakai. Naujoji „tetrakvarkų“ tipo dalelė susideda apatinio kvarko, keistojo kvarko, aukštyn kvarko ir žemyn kvarko. Šis atradimas gali padėti išaiškinti sudėtingus dėsnius, kuriems paklūsta kvarkai – mažos fundamentaliosios dalelės, sudarančios protonus ir neutronus visų atomų viduje.

Tiek protonuose, tiek ir neutronuose yra po tris kvarkus, ir tai yra labai stabili konfigūracija. Kvarkų poros, vadinamieji mezonai, irgi nėra reti, bet didesni kvarkų konglomeratai – itin didelė retenybė. Šveicarijoje esančio LHC mokslininkai pernai išvydo pirmą pentakvarką seniai prognozuotą, bet neužfiksuotą penkių kvarkų grupę. Pirmasis tetrakvarkas aptiktas 2003 Belle eksperimente Japonijoje, ir nuo tol fizikai aptiko dar pustuzinį skirtingų konfigūracijų. Bet naujasis, jei pasitvirtins, bus ypatingas. „Šis atvejas unikalus, nes čia yra keturi kvarkai, kurie visi skirtingi – gelminis, kylantysis, keistasis ir krentantysis,“ sako Dmitri Denisov, vienas iš DZero eksperimento atstovų spaudai. „Visose buvusiose konfigūracijose bent du kvarkai buvo tokie pat. Ar tai ką nors rodo? Tikiuosi, kad taip.“

Šis neįprastas darinys, Physical Review Letters pateiktame straipsnyje vadinamas X(5568), gali rodyti gilesnes taisykles, pagal kurias jungiasi skirtingų tipų arba „aromatų“ kvarkai – šį procesą atlieka stipriausia fundamentalioji jėga, atitinkamai vadinama stipriąja sąveika. Fizikai turi teoriją – vadinamąją kvantų chromadinamiką, – aprašančią stipriosios sąveikos veikimą, bet ji neįtikėtinai netvarkinga ir pagal ją labai sunku ką nors prognozuoti. „Nors daug stipriosios sąveikos savybių mes ir suprantame, tačiau toli gražu dar ne viską, ypač, kaip stiprioji sąveika veika dideliais atstumais,“ sako Denisovas. „Ir fundamentaliame lygyje vis dar neturime labai gero modelio, kaip sąveikauja kvarkai, kai susijungia jų grupė.“

Dar atviras klausimas, kiek kvarkų gali susijungdami sukurti dalelę. Kol kas mokslininkai nėra užfiksavę daugiau nei penkių, bet teoriškai apribojimų nėra. Fizikams taip pat magėtų atrasti daugiau skirtingų keturių ir penkių kvarkų konfigūracijų, nei tos kelios jau aptiktos. „Tetrakvarkų paieška pasirodė esanti nelengva užduotis, bet panašu, dar daug daugiau yra ką atrasti,“ sako Fermilab fizikas Donas Lincolnas, DZero komandos narys.

Tevatron greitintuvas buvo išjungtas 2011 metais, bet DZero komanda rado naujo tetrakvarko ženklus dešimčių milijardų dalelių susidūrimų duomenų archyve, sukauptame per 28 veikimo metus. Kiti eksperimentai, tokie, kaip LHC vykstantis LHCb („b“ reiškia beauty) projektas, dabar savo duomenyse taip pat ieško šios dalelės pėdsakų. „Jei tai pasitvirtins, tai bus labai įdomu,“ sako LHCb fizikas Sheldonas Stone'as iš Syracuse universiteto. „Diskusijos tarp LHCb bendradarbių iškėlė keletą klausimų dėl DZero rezultatų, kuriuos kuriuos LHCb gali nuodugniai patikrinti. Kol patikrinimas neatliktas ir DZero rezultatai dar nepavirtinti, nesame tikri, ką būtent jei aptiko.“

Kaip bebūtų, mokslininkai tikisi, kad dabartiniai dalelių greitintuvai – ypač LHC, pernai atnaujinęs darbą su didesnėmis energijomis nei kada nors anksčiau – aptiks daugiau naujų dalelių konfigūracijų, taip sujudindami kvarkų fiziką ir tiksliau paaiškindami stipriosios sąveikos veikimo mechanizmus. „Palyginčiau tai su dėlione – ji dar nebaigta, tačiau pridėjome dar vieną fragmentą prie to, ką jau žinojome,“ sako Denisovas. „Tikėkimės, galiausiai bus sukurta teorija, paaiškinanti šiuos stebėjimus ir suteiksianti geresnį supratimą apie kvarkus ir tarp jų veikiančias jėgas."

Clara Moskowitz
www.scientificamerican.com/