ساختار تتراکوارک

 در تاریخ ۲۹ جولای ۲۰۲۱ میلادی (۷ مرداد ۱۴۰۰) و در کنفرانس جامعه فیزیک اروپا پیرامون فیزیک انرژی های بالا، از دستاورد جدید آزمایش LHCb متعلق به شتابدهنده CERN رونمایی شد. ذره جدیدی کشف شده در این آزمایش که +Tcc نام دارد یک تتراکوارک (شامل چهار کوارک) می‌باشد و در واقع یک هادرون عجیب است که از دو کوارک و دو پادکوارک تشکیل شده است. این ذره دارای زمان پایداری طولانی‌تری  در میان تمام ذرات عجیب بوده و اولین ذره از این نوع است که از دو کوارک سنگین و دو پادکوارک سبک تشکیل شده است.

کوارک‌ها قطعات بنیادین عالم هستند که مواد از آن‌ها ساخته می شوند. آن‌ها هادرون‌هایی از قبیل باریون‌ها (مثل پروتون و نوترون که از سه کوارک تشکیل می‌شوند) و مزون‌ها (که از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل می‌شوند) را شکل می‌دهند. در سال‌ها اخیر تعدادی هادرون به اصطلاح عجیب (exotic) کشف شده است که به جای حالت عادی که از سه کوارک تشکیل می‌شود دارای چهار یا پنج کوارک می‌باشند. کشف اخیر نوع خاصی از این هادرون‌های عجیب است و می توان نام آن را هادرون عجیب عجیب (exotic exotic hadron) نامید!

این ذره جدید از دو کوارک افسون (charm quark)، یک پادکوارک بالا و یک پادکوارک پایین تشکیل شده است. در سال‌های اخیر تتراکوارک‌های زیادی کشف شده است (از جمله تتراکوارکی با دو کوارک افسون و دو پادکوارک افسون) اما این اولین بار است که تتراکوارکی با دو کوارک افسون مشاهده می‌شود که هیچ پادکوارک افسونی را به همراه ندارد. فیزیکدانان این ذرات را «افسونِ باز» (open charm) (و در این حالت، افسون باز دوتایی) می‌نامند. ذراتی با یک کوارک افسونرو یک پادکوارک افسون، اصطلاحا «افسون مخفی» (hidden charm) دارند؛ عدد افسون کوانتومی برای هر یک از این ذرات، در مجموع صفر است، مانند بار مثبت و منفی که برای مواد در حالت خنثای الکتریکی، صفر است. اما برای این تتراکوارک تازه کشف شده، عدد افسون کوانتومی، دو است که باعث دوبرابرشدن افسون بودن آن می‌گردد!

کوارک+Tcc علاوه بر افسون باز بودن ویژگی جالب دیگری نیز دارد. این تتراکوارک، اولین ذره‌ای‌ است که دارای دو کوارک سنگین و دو پادکوارک سبک است و در واقع سرآغاز نوع جدیدی از ذرات می‌باشد. این ذرات با تبدیل به دو مزون واپاشی می‌کنند که مزون‌های حاصل هرکدام دارای یک کوارک سنگین و یک پادکوارک سبک از ذره اولیه هستند. براساس برخی از پیش‌بینی‌های نظری، جرم تتراکوارک اولیه تقریبا برابر مجموع جرم دو مزون حاصل است. موضوع نزدیکی جرم سبب دشوار شدن واپاشی و در نتیجه طولانی‌تر شدن عمر این ذرات می‌شود. در واقع+Tcc دارای طولانی‌ترین عمر میان تمام هادرون‌های کشف شده تاکنون است.

این کشف راه را برای جست‌وجوهای بعدی در جهت مشاهده دیگر تتراکوارک‌های این خانواده باز می‌کند؛ تتراکوارک‌هایی که به جای دو کوارک افسون، دارای دو کوارک ته (bottom quark) باشند. ذراتی با دو کوارک ته از این جهت مورد توجه هستند که جرمی کمتر از مجموع جرم دو مزون حاصل از فروپاشی (یا مزون‌های بی – B mesons) دارند. این موضوع واپاشی را نه فقط غیرمحتمل، بلکه غیرممکن می‌کند: این ذرات قادر نخواهند بود که از طریق برهمکنش قوی واپاشی انجام دهند و در عوض این برهمکنش ضعیف است که موجب نابودی آن‌ها می‌شود. در نتیجه عمر این ذرات، چندین مرتبه از عمر هادرون‌های عجیب کنونی بیش‌تر است.

تتراکوارک جدید+Tcc هدف اغواکننده‌ای برای مطالعه بیش‌تر است. این موضوع که ذرات حاصل از واپاشی+Tcc ( یعنی مزون‌ها) به راحتی قابل مشاهده بوده و انرژی حاصل از واپاشی نیز مقدار کمی است، سبب دقت بالای اندازه‌گیری‌های جرمی شده و در نهایت مطالعه دقیق اعداد کوانتومی این ذرات را ساده‌تر می‌کند. از طرفی این آزمایش‌ها، آزمونی دقیق و سخت‌گیرانه برای مدل‌های نظری موجود بوده و حتی می‌توانند جنبه‌هایی از آن‌ها را که تاکنون به صورت عملی غیرقابل بررسی بودند را مورد مطالعه و تحقیق قرار دهند.

مطلب ارئه شده برگرفته از سایت deeplook می باشد.

http://www.deeplook.ir/%da%a9%d8%b4%d9%81-%db%8c%da%a9-%d8%aa%d8%aa%d8%b1%d8%a7%da%a9%d9%88%d8%a7%d8%b1%da%a9/