تحلیل اولیه از داده‌هایی که مجموعه LHCb در آزمایشگاه فیزیک ذرات سرن نزدیک جنوا گرفته، ادعای اخیر فیزیکدان‌های آزمایش D0 از آزمایشگاه فرمی در آمریکا مبنی بر کشف ذره‌ای عجیب شامل چهار کوارک را مورد تردید قرار داده است.

چهارکوارکی گم شده: LHCb نتوانسته است X(5568) را آشکارسازی کند

عقیده بر این بود که این چهارکوارکی موسوم به X(5568) از کوارک‌های «بالا»، «ته» و پادکوارک‌های «پایین» و «شگفت» تشکیل شده است. کوارک‌ها اغلب یا به صورت جفت ظاهر شده، مزون‌ها را می‌سازند یا به صورت مجموعه‌ی سه تایی، باریون‌ها را به وجود می‌آورند. ذره‌ی جدید جرمی به اندازه‌ی 5568 Mev/c² دارد و از داده‌های حاصل از برخورد پروتون-پادپروتون در آزمایش D0 که نه سال در برخورددهنده‌ی (هم اکنون غیرفعالِ) تواترون در جریان بوده، پیدا شده است. مجموعه‌ی D0 در خصوص کشف این چهارکوارکی با اهمیت آماری 5.1σ مقاله‌ای برای Physical Review Letters فرستاد و در فوریه آن را در arXive قرار داد. این مقدار آماری بزرگتر از مقدار مورد نیاز 5σ برای اعلام یک کشف در فیزیک ذرات است.

جفت‌های اضافی

فیزیکدان‌های D0 به جای مشخص کردن خود ذره‌ی X(5568)، جفت‌هایی از مزون‌های Bs و مزون‌های پای را که از واپاشی X(5568) به وجود می‌آید تشخیص دادند. آن‌ها متوجه 113 تا از این جفت‌ها شدند که اضافه‌تر از حد زمینه‌ی مورد انتظار بودند. مجموع انرژی هر جفت حدود 5568 Mev بود و با جرم چهارکوارکی مطابقت داشت. X(5568) باید در برخورد پروتون-پروتون در برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی سرن (LHC) هم تولید شود. آزمایش LHCb- که برای آشکارسازی مزون‌های B طراحی شده- موقعیتی عالی برای مطالعه‌ی چهارکوارکی جدید است. اما متاسفانه، فیزیکدان‌های مشغول در LHCb، علیرغم اینکه داده‌های حاصل از 20 برابر رخدادهای مزون Bs در گروه D0 را تحلیل کرده‌اند، نشانه‌ای از X(5568) نیافته‌اند.

فیزیکدان‌های ذرات به چهارکوارکی‌ها علاقه زیادی دارند زیرا اغلب هادرون‌های شناخته شده یا مزون هستند که کوارک و پادکوارک دارند یا باریون‌اند که ترکیبی از سه کوارک است. در نظریه‌ی نیروی قوی- کرومودینامیک کوانتومی QCD- انواع دیگری از باریون‌های عجیب با چهار کوارک (تتراکوارک) و پنج کوارک (پنتا کوارک) هم مجاز هستند. اما محاسبات QCD فوق العاده مشکل است و نمی‌توان پیکربندی‌های ممکن از چهار یا پنج کوارکی‌ها را دقیقاً مشخص کرد.

هسته‌ی چارمونیوم

X(5568) به ویژه از آن جهت جالب است که برخلاف همه‌ی چهار و پنج کوارکی‌های شناخته شده که از جفت کوارک و پاد کوارک افسون charm تشکیل شده‌اند، چهارکوارک و پادکوارک با طعم‌های مختلف دارد. این امر برخی فیزیکدان‌ها را به این نتیجه‌ی احتمالی رساند که چارمونیوم -حالت مقیدی از کوارک و پادکوارک افسون- هسته‌ای می‌سازد که چهار و پنج کوارکی‌ها در اطراف آن شکل می‌گیرند.

تحلیل LHCb در یک یادداشت کنفرانسی در وبگاه سرن توضیح داده شده است.

منبع

CERN fails to confirm Fermilab tetraquark discovery