Nová částice o čtyřech vůních

Vědci z Fermilabu objevili v rámci experimentu D0 exotickou částici, nejnovějšího člena rodiny tzv. tetrakvarků.

Kvarky jsou bodové částice, které se obvykle vyskytují ve dvojicích nebo trojicích a každá z nich má svůj protějšek tvořící antihmotu. Nejznámější jsou protony a neutrony skládající se vždy ze 3 kvarků. Během uplynulých 60 let pozorovali vědci stovky kombinací dvojic a trojic kvarků. Teprve v roce 2003 oznámili vědci z experimentu Belle v Japonsku první pozorování kvarků vyskytujících se ve čtveřici, tedy tetrakvark. Od té doby fyzici pozorovali několik různých kandidátů na tetrakvarky. Rozlišují přitom 6 typů („vůní“) kvarků: up, down, strange, charm, bottom a top.

D0 je jedním ze dvou experimentů na fermilabském urychlovači Tevatron. Ačkoli byl jeho provoz ukončen v roce 2011, experimenty pokračují v analýze miliard zaznamenaných srážek. Stejně jako v případě mnoha jiných objevů, pozorování tetrakvarku bylo nečekaným překvapením. První náznaky nové částice zvané X(5568) – podle její hmotnosti 5 568 MeV – viděli vědci z D0 v červenci roku 2015. „Nejdříve jsme nevěřili, že to je nová částice,“ řekl Dmitrij Denisov, spolumluvčí D0. „Až po několikanásobném přezkoumání jsme začali věřit, že pozorovaný signál nemůže být vysvětlen známými procesy ani pozadím, ale je projevem nové částice.“

Částice X(5568) není jen tak ledajakým novým tetrakvarkem. Zatímco všechny ostatní dosud pozorované tetrakvarky obsahují alespoň dva kvarky stejné vůně, X(5568) má čtyři různé vůně: up, down, strange a bottom. „Dalším krokem bude porozumět, jak tyto čtyři kvarky drží pohromadě,“ řekl spolumluvčí D0 Paul Grannis. „Mohou být všechny namačkány těsně u sebe, nebo mohou tvořit dva páry těsně vázaných kvarků obíhajících kolem sebe.“

Čtyřkvarkové stavy jsou vzácné a ačkoliv v přírodě vytváření tetrakvarku nic nebrání, vědci jim zdaleka nerozumí tak dobře jako dvou- a tříkvarkovým stavům. Poznání kvarkového kvarteta by mělo prohloubit měření jeho vlastností – mj. jakými způsoby se X(5568) rozpadá nebo jaký má spin. Stejně jako zkoumání tetrakvarků objevených dříve, studium X(5568) poskytne další náhled na podstatu silné interakce, která drží tyto částice pohromadě. A možná se tetrakvark stane v budoucnosti zavedenou kategorií částic stejně početnou jako její dvou- a tříkvarkoví bratranci. Tento nový objev navíc přichází krátce po prvním pozorování pentakvarku – pětikvarkové částice – oznámeném v loňském roce experimentem LHCb v CERN.

„Objev unikátního člena rodiny tetrakvarků se čtyřmi různými vůněmi kvarků pomůže teoretikům vyvinout modely umožňující hlubší pochopení těchto částic,“ řekl ředitel Fermilabu Nigel Lockyer. Na tomto výsledku experimentu D0 se podíleli vědci 75 institucí z 18 zemí včetně České republiky.

Další informace: Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK

Kontakt: RNDr. Karel Soustružník, Ph.D.

– Tisková zpráva, OMK –