Evropski centar za nuklearna istraživanja CERN objavio je 14. jula otkriće dosad teoretske čestice – pentakvarka
Tekst: Boris Klobučar
U danu kada je sonda New Horizons proletela na samo 12.500 kilometara od Plutona, 14. jula 2015. godine, i prikupila jedinstvene podatke o udaljenim delovima Sunčevog sistema, na planeti Zemlji desilo se još jedno revolucionarno otkriće: ono koje bi moglo da promeni pogled na svet u kome živimo. U CERN-u je potvrđeno postojanje do sada samo teorijski pretpostavljane čestice – pentakvarka, koji se sastoji od pet kvarkova.
Otkriće dolazi sa LHCb detektora na velikom hadronskom sudaraču u CERN-u, a tim naučnika koji radi na ovom projektu otkriće je objavio u naučnom časopisu Physical Review Letters.
U saopštenju iz CERN-a, naučnici koji su radili na LHCb detektoru objašnjavaju da su za pentakvarkom tragali posmatrajući raspad takozvane lambda b (Λb) čestice. Pri ovom raspadu nastaju takozvana jot psi (J/ψ) čestica, proton i jedan naelektrisani kaon, sve subatomske čestice. Analizom masa, odnosno energija ovih čestica, i njihovim praćenjem, naučnici su uočili određena međustanja u raspadu. Ova međustanja, imenovana Pc(4450)+ i Pc(4380)+, mogu biti objašnjena jedino pomoću stanja koja predstavljaju pentakvarkovi.
Šta je pentakvark?
Jednostavno rečeno, pentakvark je čestica koja se sastoji od pet kvarkova. Kvarkovi su osnovni gradivni delovi težih elementarnih čestica, stručno nazvanih hadroni među kojima su protoni i neutroni, a prvi ih je pretpostavio američki fizičar Marej Gel-Man klasifikujući čestice. Tako barioni, među kojima su protoni i neutroni, u sastavu imaju tri kvarka, dok se mezoni sastoje od kvarka i antikvarka.
Međutim, njegova teorija dozvoljava i postojanje čestica pentakvarkova, koji bi u svojoj strukturi podrazumevali pet gradivnih delova (kvarkova i antikvarkova), poštujući sva fizička pravila. Ovakve, skoro pa mitske čestice dosad, međutim, nisu bile potvrđene.
Kvarkovi kao čestice imaju određene karakteristike, o kojima priroda jako vodi računa kada ih sastavlja u veće jedinice. Ova pravila podrazumevaju raznorazne zakone održanja, poput zakona održanja energije, spina itd… Pored spina od 1/2 i naelektrisanja 1/3 ili 2/3, kvarkove karakteriše i „boja“, crvena plava ili zelena. Ovo zapravo nisu boje, već samo nazivi za karakteristike koje su fizičari dodelili kvarkovima. Postoji šest vrsta kvarkova, takozvani up, down, top, bottom, strange i charm. Pri izgradnji hadrona, kvarkovi se slažu u bezbojne kombinacije od sve tri boje, ili kao kombinacija kvark-antikvark, koje na okupu drži jaka nuklearna sila.
Kombinacije kvarkova mogu biti raznorazne. Ipak, jako je malo onih koje su stabilne, odnosno dugoživeće. Stabilni hadroni su proton i neutron.
Osim bariona i mezona, još jedna mogućnost kombinacije je pentakvark, čestica koja bi se sastojala od četiri kvarka i jednog antikvarka. Tako bi, na primer, mogli da se iskombinuju crveni, plavi i dva zelena kvarka i jedan zeleni antikvark, koji bi u zbiru ponovo dali bezbojnu kombinaciju. Pentakvark otkriven u CERN-u sastoji se od dva up kvarka, jednog down, jednog charm i jednog anticharm kvarka.
Otkriće pentakvarka, kako navode naučnici iz CERN-a, značajno je ne samo kao pronalaženje nove čestice. Ovo otkriće daje nam još jedan kanal za ispitivanje jakih nuklearnih sila i dalje istraživanje strukture čitave materije. Pentakvark može predstavljati četiri kvarka i jedan antikvark na okupu povezane jakom nuklearnom silom, ali takođe može biti i nešto što liči na molekul sastavljen od bariona sa tri kvarka i mezona sa kvark-antikvark kombinacijom, koje takođe drži jaka sila.
Zašto tek sada?
Otkad su pretpostavljeni šezdesetih godina prošlog veka, nekoliko puta smo slušali o otkriću pentakvarkova. Sva dosadašnja „otkrića“ nisu potvrđena ponavljanjima eksperimenata, pa je pentakvark uspešno bežao naučnicima. Tako je 2002. godine na institutut SPring-8 u Japanu objavljeno da je pronađena čestica 1,5 puta teža od protona koja je mogla biti samo pentakvark, kako su naučnici iz tog instituta rekli.
Čestica je nastala u sudarima snopova protona i neutrona na veoma visokim energijama. Neki od instituta su uspeli da potvrde ovo merenje, dok drugi nisu. Konačno, kada merenja na akceleratoru „Tomas Džeferson“ u Virdžiniji 2005. godine, koja su bila obimnija od onih 2002. godine, nisu dala nikakve rezultate, otkriće je odbačeno.
Prethodni eksperimenti ipak nisu mogli da nam daju pouzdane rezultate, ne zbog tog toga što nisu imali dovoljnu energiju sudara, već zbog perspektive pogleda i sofisticiranosti mernih instrumenata.
Ispitivanja u CERN-u obuhvataju mnogo veći i širi pogled na ovakve sudare nego ikada ranije. Ako smo dosad tražili samo siluetu ovih događaja, u CERN-u tragamo posmatranjem iz svih uglova na nekoliko nivoa. Pogledom iz više perspektiva i dimenzija, naučnici su sa velikom sigurnošću uvereni da je merenje autentično i da je ono što su pronašli definitivno čestica. Sa sigurnošću od takozvanih 9 sigma, naučnici su sada uvereniji da su detektovali česticu, nego 2012. godine kada je u CERN-u potvrđen Higsov bozon sa sigurnošću od 5 sigma, odnosno šansom za grešku od samo 0,0000000001%.