تایید دو ذره‌ جدید و کشف ذره‌ سوم توسط LHC

برخورددهنده‌ی هاردونی بزرگ شواهد جدیدی را درمورد وجود ذرات فیزیکی جدید نشان می‌دهد. دانشمندان پروژه‌ی زیبایی برخورددهنده‌ی هاردونی بزرگ (LHCb) موفق به کشف دو ذره‌ی جدید شدند که تاکنون مشاهده نشده است و از طرفی شواهدی هم مبنی بر وجود ذره‌ی سوم پیدا کردند.

دو ذره‌ی جدید که بر اساس مدل استاندارد کوارک پیش‌بینی شدند از نوع باریون هستند (این ذرات هم‌خانواده‌ی پروتون‌هایی هستند که در آزمایش‌های شتاب ذرات LHC از آن‌ها استفاده شده است).

بیشترین بخش جهان از باریون‌ها از جمله پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده‌ است. باریون‌ها از سه ذره‌ی بنیادی کوارک تشکیل شده‌اند. کوارک دارای انواع مختلفی مثل بالا، پائین، ته، سر، چارم (افسون) و بیگانهاست.

پروتون‌ها از دو کوارک بالا و یک کوارک پائین تشکیل شده‌اند در حالی که نوترون‌ها از یک کوارک بالا و دو کوارک پائین تشکیل شده‌اند؛ اما ترکیب دو ذره‌ی جدید نسبتا متفاوت است. ذره‌های +(Σ_b(6097 و -(Σ_b(6097 به ترتیب از دو کوارک بالا و یک کوارک ته و دو کوارک پائین و یک کوارک ته تشکیل شده‌اند.

این ذرات باریون‌های ته نامیده می‌شوند و با چهار ذره‌ای که قبلا در آزمایشگاه فرمی کشف شدند، رابطه دارند. بااین‌حال بر اساس مشاهدات جدید این اولین بار است که دانشمندان سه ذره‌ی متناظر با جرم بالاتر را کشف می‌کند؛ این ذرات شش مرتبه سنگین‌‌تر از پروتون هستند.

اما ذره‌ی سوم چیست؟ پژوهشگرها معتقدند این ذره ممکن است یک نوع بیگانه از ذره‌ی ترکیبی به نامتتراکوارک باشد. این ذرات نوع بیگانه‌یمزون هستند که معمولا دارای دو کوارک است. یک تتراکوارک ترکیبی از چهار کوارک است (به صورت دقیق‌تر دو کوارک و دو آنتی‌کوارک).

شواهد عینی به‌دست‌آمده از تتراکوارک‌ها تاکنون بسیار گمراه‌کننده بوده است. نام ذره‌ی سوم (Z_c^–(4100  است و از دو کوارک سنگین چارم تشکیل شده است که با تجزیه‌ی مزون‌های سنگین‌تر B کشف شد.

اما این کشف نسبت به ۳ انحراف استاندارد معنادار بود. آستانه‌ی متداول برای ادعای کشف یک ذره‌ی جدید ۵ انحراف استاندارد است. به همین دلیل اثبات یا عدم اثبات (Z_c^–(4100 به شواهد و بررسی‌های بیشتری نیاز دارد. بایرون‌های جدید از نوع ته (bottom) از این آستانه‌ی مشخص سبقت گرفته‌اند: +(Σ_b(6097 و -(Σ_b(6097 به ترتیب دارای ۱۲.۷ و ۱۲.۶ انحراف استاندارد هستند.