Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen valtavalla LHC-kiihdyttimellä on vihdoin bongattu hiukkanen, jonka olemassaolo ennustettiin jo 1960-luvulla. 

Fyysikko Murray Gell-Mann esitti vuonna 1964 sittemmin Nobel-palkinnon arvoiseksi todetun mallin, jonka mukaan hiukkaset rakentuvat joko kolmesta kvarkista tai kvarkki-antikvarkkiparista. 

Myös neljän kvarkin ja yhden antikvarkin muodostama ”pentakvarkki” on mahdollinen, mutta siitä ei ollut minkäänlaisia havaintoja. Omituinen hiukkanen pysyi pitkään teoreettisena otuksena, mutta nyt se on vihdoin onnistuttu havaitsemaan.

 

LHC ei ole mikään kaukoputki, jolla voidaan tähytä suoraan aineen ytimeen.  Kiihdyttimessä hiukkaset saavat lisävauhtia, kunnes kulkevat lähes valon nopeudella. Kun ne sitten törmäävät toisiinsa tai ”maalitauluna” olevaan aineeseen, hiukkaset pirstoutuvat osatekijöikseen, jotka edelleen hajoavat erilaisiksi hiukkasiksi.

Tarkastelemalla lukemattomissa törmäyksissä vapautunutta energiaa ja hiukkasten hajoamisen välivaiheita ja lopputuloksia, päästään mahdollisten uusien hiukkasten jäljille. Tässä tapauksessa Lambda b -niminen baryoni hajosi kolmeksi hiukkaseksi, J-psiksi, protoniksi ja kaoniksi.

Joissakin hajoamisissa esiintyi välivaiheita, jotka saivat proosallisiksi nimikseen Pc(4450)+ ja Pc(4380)+. Kun tutkijat etsivät selitystä niiden esiintymiselle ja ominaisuuksille, ainoaksi vaihtoehdoksi jäi pentakvarkki, neljän kvarkin ja yhden antikvarkin muodostama hypoteettinen hiukkanen.

"Tarkemmin sanottuna näiden välivaiheiden täytyy rakentua kahdesta ylös-kvarkista, yhdestä alas-kvarkista, yhdestä lumo-kvarkista ja yhdestä anti-lumo-kvarkista", listaa Tomasz Skwarnicki Syracusen yliopistosta.

Asia ei ole vielä tällä selvä, sillä seuraavaksi pyritään selvittämään, miten kvarkit ovat sitoutuneet toisiinsa tässä uudessa hiukkaslajissa. 

"Kvarkit voivat olla tiukasti toisiinsa sidoksissa", toteaa tutkimusryhmään kuuluva Liming Zhang Tsinghuan yliopistosta, "tai ne voivat löyhässä muodostelmassa eräänlaisena mesoni-baryoni-molekyylina, jota vahvavoima pitää kasassa samaan tapaan kuin protonien ja neutronien muodostamia atomiytimiä."

Löydöstä kerrottiin CERNin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -tiedelehdessä.

Kuvat: CERN


Juttuja samasta aiheesta