Stworzenie modelu standardowego pokazało, że struktura materii jest znacznie bardziej złożona, niż wydawało nam się jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy materia składa się z 12 cząstek elementarnych, które nazywamy fermionami. Dzielą się one na dwie grupy - sześć z nich to kwarki, a pozostałe sześć to leptony. Każdy kwark i lepton ma też swoją antycząstkę, dlatego do fermionów musimy doliczyć jeszcze 12 antycząstek.
Kwarki (ich nazwy to górny, dolny, dziwny, powabny, niski i wysoki) zwykle łączą się w grupy dwóch (mezony) lub trzech (bariony) kwarków i antykwarków (które zaliczamy do grupy nazywanej hadronami), tworząc kolejne cząstki, np. nukleony (czyli protony i neutrony), budujące jądra atomów.
Zdecydowanie rzadziej łączą się też w grupy czterech lub pięciu kwarków, czyli tetrakwarków lub pentakwarków, które razem zaliczamy do hadronów egzotycznych. Ich istnienie naukowcy przewidywali już sześć dekad temu, ale eksperymentalnie potwierdzono je dopiero niedawno, bo 20 lat temu.
Naukowcy z CERN odkryli nowe cząstki elementarne
Wstęp brzmi dość skomplikowanie, ale jest konieczny, aby zrozumieć nowe odkrycie naukowców w CERN. Badacze niedawno uruchomili bowiem (po trzyletniej przerwie) Wielki Zderzacz Hadronów (w skrócie są w nim zderzane cząstki rozpędzone do gigantycznych prędkości) i w ramach eksperymentu LHCb zaczęli rejestrować wysokoenergetyczne zderzenia o niespotykanej dotąd energii 13,6 TeV.
Na rezultaty nie trzeba było długo czekać. Jeszcze tego samego dnia naukowcy odkryli zupełnie nowy rodzaj pentakwarków oraz parę tetrakwarków. Precyzyjniej mówiąc, po raz pierwszy badacze zarejestrowali w eksperymencie pentakwark składający się z kwarka powabnego i antykwarka powabnego oraz kwarka górnego, dolnego i dziwnego. Do tej pory w żadnym z odkrytych pentakwarków nie było kwarka dziwnego. Badacze przekonują, że wyniki eksperymentu daleko wykraczają poza niezbędne minimum, aby odkrycie uznać za potwierdzone.
Opisany pentakwark na ilustracji:
Naukowcy odkryli nowe cząstki w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Dokładnie dekadę po odkryciu Bozonu Higgsa fot. CERN 2022
Poza nowym pentakwarkiem odkryto również pierwszą w historii parę tetrakwarków (czyli kwarków poczwórnych). Składa się z naładowanego tetrakwarka (zawierającego kwark powabny, antykwark dziwny, kwark górny i antykwark dolny), który zarejestrowano w "parze" z analogicznym tetrakwarkiem neutralnym. Nigdy wcześniej - jak przekonują naukowcy - tetrakwarków nie obserwowano w takich parach.
Im więcej analiz wykonujemy, tym więcej rodzajów egzotycznych hadronów znajdujemy. Jesteśmy świadkami okresu odkryć podobnego do tego z lat 50., kiedy zaczęto odkrywać "cząstkowe zoo" hadronów, co ostatecznie doprowadziło do powstania modelu hadronów konwencjonalnych w latach sześćdziesiątych
- stwierdził Niels Tuning, koordynator eksperymentu LHCb.
Znalezienie nowych rodzajów tetrakwarków i pentakwarków oraz zmierzenie ich właściwości pomoże teoretykom opracować ujednolicony model egzotycznych hadronów, których dokładna natura jest w dużej mierze nieznana
- dodał z kolei rzecznik LHCb, Chris Parkes.
Badacze przekonują, że ich celem jest eksperymentalne sprawdzenie, które z dotychczasowych rozważań teoretycznych dotyczących hadronów egzotycznych są prawdziwe.
10 lat temu odkryto bozon Higgsa
Co ciekawe, badania wykonano niemal dokładnie 10 lat po ogłoszeniu odkrycia (również w ramach eksperymentu w Wielkim Zderzaczu Hadronów) bozonu Higgsa, nazywanego też "boską cząstką". Istnienie bozonu Higgsa przewidział już w 1964 roku Brytyjczyk Peter Higgs (który opisał "Pole Higgsa"), ale dopiero w 2012 roku udało się (wyniki badań ogłoszono 4 lipca 2012) potwierdzić jego istnienie eksperymentalnie, co pozwoliło "domknąć" teorię modelu standardowego.
Teoria przewiduje, że kwarki i leptony uzyskują masę właśnie poprzez oddziaływanie z polem Higgsa, które wypełnia całą przestrzeń. W 2013 roku za przewidywania teoretyczne dotyczące bozonu Higgsa i potwierdzenie ich eksperymentalnie Peter Higgs oraz Francois Englert dostali Nagrodę Nobla.
