ذره‌ی جدیدی به نام X(5568) که یک حالت مقید از چهار طعم مختلف از کوارک‌هاست توسط فیزیکدان‌هایی که روی آزمایش  DØدر آزمایشگاه فرمی کار می‌کردند کشف شده است. این ذره جرمی در حدود 5568 Mev/c² دارد و به نظر می‌رسد شامل کوارک‌های «بالا» و «ته» و همچنین پادکوارک‌های «پایین» و «شگفت» است.

چهار طعم: X(5568) جفت کوارک/پاد کوارک جذاب ندارد

اگرچه قبلا چهارکوارکی‌های (tetraquark) دیگری هم تشخیص داده شده بود اما X(5568) اولین ذره‌ای است که تمام کوارک‌های آن طعم‌های مختلفی دارند. این موضوع می‌تواند روی درک ما از چگونگی برهمکنش کوارک‌ها با یکدیگر اثر بگذارد. به علاوه کشف مذکور از آنجا قابل توجه است که X(5568) در برخوردهای پروتون-پادپروتون با آهنگی بسیار بیشتر از آنچه انتظار می‌رفت تولید می‌شود.

این ذره از طریق غربال کردن داده‌های جمع آوری شده در DØ کشف شد- آزمایشی که از سال 2002 تا 2011 در برخورددهنده‌ی تواترون پروتون/پادپروتون در آزمایشگاه فرمی در جریان بود. اهمیت آماری آن 5.1σ است که بالاتر از حد لازم 5σ برای اعلام یک کشف در فیزیک ذرات است.

پیکربندی‌های ممکن

اغلب هادرون‌های شناخته شده یا مزون هستند که شامل کوارک و پادکوارک اند یا باریون هستند که از سه کوارک ساخته شده است. به عنوان مثال پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده در حالی که مزون B_S یک کوارک ته و یک پادکوارک شگفت دارد.

نظریه‌ی نیروی قوی- کرومودینامیک کوانتومی (QCD)- اجازه‌ی انواع دیگری از باریون‌ها با چهارکوارک یا بیشتر را می‌دهد. اما انجام محاسبات با استفاده از QCD فوق العاده مشکل است بنابراین معلوم نیست که کدام پیکربندی‌های چهارکوارکی امکانپذیر است.

یک چهارکوارکی ممکن است از چهارکوارک که شدیداً به هم مقید هستند تشکیل شده باشد یا شامل دو مزون باشد که در یک ساختار مولکول-مانند، پیوند ضعیفی دارند. در واقع درک اینکه درون چهار و پنج کوارکی‌ها چه می‌گذرد اطلاعات بسیار مهمی در مورد خودِ QCD در اختیارمان قرار می‌دهد.

در سال 2008، فیزیکدان‌هایی که روی آزمایش BELLE در ژاپن کار می‌کردند یک پنج کوارکی (pentaquark) با جرم 4430 Mev/c² را کشف کردند. این کشف در سال 2014 توسط آزمایش LHCb در سرن، که قادر بود ذره ای را با اهمیت آماری بزرگتر از 13σ  آشکار کند، تکرار شد. سپس در 2015 فیزیکدان‌‌های LHCb کشف کردند که پنج تا کوارک می‌توانند به هم مقید شده و پنج کوارکی بسازند.

هسته‌های جذاب

تا قبل از کشف X(5568)، همه‌ی چهار و پنج کوارکی‌های شناخته شده شامل یک جفت کوارک/پادکوارک جذاب charm بودند. این امر باعث شد برخی فیزیکدان‌ها گمان کنند که چارمونیوم charmonioum- حالت مقید از کوارک و پادکوارک جذاب- هسته‌ای ایجاد می‌کند که چهار و پنج کوارکی‌ها اطراف آن شکل می‌گیرند. اینکه X(5568) هیچ جفت کوارک/پادکوارکی از یک طعم یکسان ندارد پیشنهاد می‌کند که چارمونیوم کلید درک تشکیل پنج کوارکی‌ها نیست.

به گفته‌ی تیم گرشن Tim Gershon از دانشگاه وارویک Warwick، نکته‌ی جالب توجه دیگر در مورد کشف X(5568)، آهنگ تولید آن در برخوردهای پروتون-پادپروتون است. به نظر می‌رسد این ذره با آهنگی تولید می‌شود که چندین مرتبه‌ی بزرگی بیشتر از حد انتظار است و گرشن عقیده دارد بسیار مهم است که این نتیجه با آزمایش‌های دیگر هم تائید شود.

گرشن که روی LHCb کار می‌کند و در پروژه DØ نیست به physicsworld.com گفت که مجموعه LHCb اکنون در حال جستجوی نتایج برخوردهایش برای یافتن ردی از X(5568) است. او می‌افزاید این کشف اخیر نشان می‌دهد که مطالعه‌ی ذرات عجیبی مانند چهار و پنج کوارکی‌ها حوزه‌ای غنی برای آزمایش‌های آینده نظیر LHCb خواهد بود.

X(5568) در یک پیش‌مقاله در arXive توصیف شده است.

منبع

Fermilab bags a tetraquark