Menganalisis data dari detektor LHCb yang dipasang di Large Hadron Collider, para ilmuwan telah menemukan bukti yang dapat diandalkan untuk keberadaan partikel unik - tetraquark yang sangat mempesona. Dan tidak peduli seberapa aneh namanya terdengar bagi seseorang yang tidak akrab dengan Model Standar, itu memberi fisikawan informasi yang lebih aneh lagi: tampaknya ide-ide ilmiah modern tentang struktur dunia sekali lagi harus diguncang.
Kursus fisika di sekolah pendidikan umum memberikan gambaran tentang dunia mikro dan juga gambaran yang tidak lengkap. Setiap orang yang tertarik pada ilmu alam cepat atau lambat menghadapi kejutan ini - ternyata semuanya tidak terbatas pada proton, neutron, elektron, foton, dan neutrino. Ada juga quark, lepton, boson, dan partikel subatomik "yang kita kenal" pada umumnya adalah "sup" dari unsur-unsur yang jauh lebih kecil. Nah, kecuali elektron dan foton - semuanya ada bersama mereka, seolah-olah, mereka tidak dapat dibagi.
Hampir semua materi di sekitar kita terdiri dari baryon, yaitu partikel berat: neutron dan proton stabil. Mereka, pada gilirannya, memiliki struktur yang relatif sederhana - masing-masing tiga quark. Ada juga meson yang tidak stabil yang terdiri dari pasangan quark-antiquark, tetapi dalam cerita ini mereka tidak begitu penting. Jika kita menggali lebih dalam, maka gambaran ini masih belum lengkap, karena ada informasi yang agak berbeda mengenai proton. Bagaimanapun, fisikawan telah lama menentukan tentang peran quark, memberi mereka gelar "blok bangunan" dasar alam semesta, dari mana semua partikel besar "direkrut". Dan ini pasti dibuktikan dengan tingkat keandalan yang cukup (tetapi apa yang mereka bentuk sendiri adalah masalah perselisihan panjang yang belum mendekati penyelesaian perselisihan).
Masalahnya adalah sebagai berikut. Tidak ada hukum alam yang melarang quark berkumpul bukan dalam dua atau tiga, tetapi dalam jumlah besar. Partikel eksotis serupa diprediksi oleh beberapa fisikawan teoretis sekaligus pada 1960-an. Namun, karena fakta bahwa sampai saat ini para ilmuwan tidak memiliki alat penyaringan kebisingan yang canggih pada instalasi eksperimental, mereka tidak dapat dideteksi. Situasi telah berubah secara dramatis di abad ke-21 dengan latar belakang perkembangan teknologi komputer. Dan sejak tahun 2003, penemuan-penemuan mengalir deras: hari ini, beberapa lusin tetraquark (empat quark) dan sepasang pentaquark (lima quark) diketahui.
Semua partikel eksotis ini memiliki beberapa sifat umum sekaligus. Pertama, mereka sangat tidak stabil dan masa pakainya dihitung dalam zeptoseconds (sextillion fraksi detik). Kedua, meskipun mereka tidak bertentangan dengan Model Standar, mereka tidak cocok dengannya. Dengan kata lain, peran mereka sama sekali tidak dapat dipahami, dan keberadaan pentaquark di alam benar-benar dipertanyakan (mereka diperoleh hanya dengan sengaja selama eksperimen khusus). Tetapi tetraquark yang baru saja ditemukan dua kali secara terbuka, bahkan dengan latar belakang yang tidak biasa ini, berhasil menonjol.
Yang paling eksotis dari semua partikel eksotis
Penemuan tetraquark yang tidak biasa di Konferensi Fisika Energi Tinggi Masyarakat Fisik Eropa (EPS-HEP) dilaporkan oleh spesialis yang bekerja dengan eksperimen CERN LHCb. Ini adalah yang terkecil dari detektor utama Large Hadron Collider (LHC). Partikel itu ditemukan dalam data arsip dari 2011-18, ketika disaring melalui pencarian rutin untuk penemuan yang "terlupakan". Sayangnya, jika sebuah fenomena tidak diprediksi sebelumnya oleh para ahli teori (seperti halnya dengan Higgs boson dan planet Neptunus), pendeteksiannya memerlukan pemrosesan sejumlah besar informasi yang secara harfiah "untuk keberuntungan". Sebelumnya, beberapa lusin partikel berbeda ditemukan dengan metode yang sama.
Menyaring kebisingan dari catatan jutaan tumbukan partikel yang dilakukan di LHC memungkinkan untuk mengidentifikasi dengan sangat percaya diri Tcc + meson, tetraquark yang terpesona dua kali secara terbuka. Ini berbeda dari semua partikel serupa lainnya dalam komposisi. Ini menggabungkan dua berat, hampir sama dengan massa proton, c-quark (terpesona), serta u-antiquark ringan (atas) dan d-antiquark (bawah). Julukan dalam tanda kurung menunjukkan "rasa" partikel, yaitu bilangan kuantum (parameter) tertentu yang mencirikan sifat dasarnya.
Keanehannya adalah ini: belum pernah ada partikel dengan pesona terbuka yang diamati, diyakini bahwa c -quark harus seimbang dengan c -antiquark. Tapi Tcc + memecahkan tidak hanya template ini, ia juga hidup untuk waktu yang sangat lama - beberapa attoseconds, yang dua sampai tiga kali lipat lebih lama dari waktu peluruhan hadron eksotis lainnya. Kabar baiknya adalah bahwa dengan lebih dari dua ratus acara kandidat untuk deteksi Tcc +, staf CERN telah menjelaskan kriteria yang jelas untuk mendeteksinya. Partikel di mana tetraquark meluruh relatif mudah dideteksi, sehingga tidak akan sulit untuk mengkonfirmasi penemuan dengan tim yang bekerja pada akselerator lain. Selain itu, massa Tcc + cukup rendah sehingga terbentuk di instalasi dengan energi operasi yang jauh lebih rendah daripada LHC.
Terobosan atau Revolusi?
Keberadaan Tcc + menimbulkan pertanyaan lain bagi fisikawan - bagaimana jika strukturnya tidak unik dan merupakan "templat" untuk partikel serupa lainnya? Kemudian keberadaan meson cukup nyata bukan dengan dua quark yang terpesona, tetapi dengan satu atau sepasang b-quark yang lebih berat (menggemaskan). Beberapa dari partikel ini benar-benar menghancurkan gambaran dunia, karena mereka harus "hidup" setidaknya satu atau dua urutan lebih lama. Ini berarti bahwa "sepupu" Tcc + yang lebih berat akan lebih cenderung berinteraksi dengan partikel lain di sekitarnya. Dengan demikian, mereka mungkin memiliki peran untuk dimainkan di alam semesta, tidak hanya sebagai produk sampingan dari interaksi subatomik.
Selain semua hal di atas, Tcc + menawarkan berbagai macam fitur yang sangat sulit untuk dijelaskan dalam bahasa sains populer. Di antara mereka, misalnya, ada kedekatan yang mencurigakan dari massa tetraquark yang terpesona secara terbuka dan sepasang D -meson. Selain itu, struktur internal Tcc + belum diklarifikasi secara memadai. Tidak jelas apakah itu adalah "molekul" dari dua meson, yaitu sepasang struktur quark berat dan antiquark ringan, atau menyerupai atom di mana quark berat terletak kompak di tengah dan dikelilingi oleh awan. superposisi antiquark.
Satu hal yang pasti - berita tentang Tcc + akan memicu putaran baru penelitian oleh fisikawan dan pencarian partikel serupa lainnya. Penemuannya tidak bisa disebut sensasi yang benar-benar fantastis dari tingkat penemuan Higgs boson, tetapi situasinya masih menarik dan dengan konsekuensi yang luas. Paling tidak, peristiwa ini berbobot dan secara langsung mengisyaratkan pemikiran yang telah lama dipikirkan para ilmuwan: Model Standar tidak jauh lebih lengkap daripada model mekanika kuantum atom. Ia bekerja, tetapi hanya pada tingkatnya sendiri, dan kenyataannya jauh lebih rumit, sehingga fisikawan masih harus menggali dan menggali. Nah, bagi kita - untuk mengikuti revolusi besar yang akan datang dalam sains, yang menandakan terobosan seperti itu.