Европски центар за нуклеарна истраживања ЦЕРН објавио је 14. јула откриће досад теоретске честице – пентакварка
Текст: Борис Клобучар
У дану када је сонда New Horizons пролетела на само 12.500 километара од Плутона, 14. јула 2015. године, и прикупила јединствене податке о удаљеним деловима Сунчевог система, на планети Земљи десило се још једно револуционарно откриће: оно које би могло да промени поглед на свет у коме живимо. У ЦЕРН-у је потврђено постојање до сада само теоријски претпостављане честице – пентакварка, који се састоји од пет кваркова.
Откриће долази са LHCb детектора на великом хадронском сударачу у ЦЕРН-у, а тим научника који ради на овом пројекту откриће је објавио у научном часопису Physical Review Letters.
У саопштењу из ЦЕРН-а, научници који су радили на LHCb детектору објашњавају да су за пентакварком трагали посматрајући распад такозване lambda b (Λb) честице. При овом распаду настају такозвана јот пси (J/ψ) честица, протон и један наелектрисани каон, све субатомске честице. Анализом маса, односно енергија ових честица, и њиховим праћењем, научници су уочили одређена међустања у распаду. Ова међустања, именована Pc(4450)+ и Pc(4380)+, могу бити објашњена једино помоћу стања која представљају пентакваркови.
Шта је пентакварк?
Једноставно речено, пентакварк је честица која се састоји од пет кваркова. Кваркови су основни градивни делови тежих елементарних честица, стручно названих хадрони међу којима су протони и неутрони, а први их је претпоставио aмерички физичар Мареј Гел-Ман класификујући честице. Тако бариони, међу којима су протони и неутрони, у саставу имају три кварка, док се мезони састоје од кварка и антикварка.
Међутим, његова теорија дозвољава и постојање честица пентакваркова, који би у својој структури подразумевали пет градивних делова (кваркова и антикваркова), поштујући сва физичка правила. Овакве, скоро па митске честице досад, међутим, нису биле потврђене.
Кваркови као честице имају одређене карактеристике, о којима природа јако води рачуна када их саставља у веће јединице. Ова правила подразумевају разноразне законе одржања, попут закона одржања енергије, спина итд… Поред спина од 1/2 и наелектрисања 1/3 или 2/3, кваркове карактерише и „боја“, црвена плава или зелена. Ово заправо нису боје, већ само називи за карактеристике које су физичари доделили кварковима. Постоји шест врста кваркова, такозвани up, down, top, bottom, strange и charm. При изградњи хадрона, кваркови се слажу у безбојне комбинације од све три боје, или као комбинација кварк-антикварк, које на окупу држи јака нуклеарна сила.
Комбинације кваркова могу бити разноразне. Ипак, јако је мало оних које су стабилне, односно дугоживеће. Стабилни хадрони су протон и неутрон.
Осим бариона и мезона, још једна могућност комбинације је пентакварк, честица која би се састојала од четири кварка и једног антикварка. Тако би, на пример, могли да се искомбинују црвени, плави и два зелена кварка и један зелени антикварк, који би у збиру поново дали безбојну комбинацију. Пентакварк откривен у ЦЕРН-у састоји се од два up кварка, једног down, једног charm и једног anticharm кварка.
Откриће пентакварка, како наводе научници из ЦЕРН-а, значајно је не само као проналажење нове честице. Ово откриће даје нам још један канал за испитивање јаких нуклеарних сила и даље истраживање структуре читаве материје. Пентакварк може представљати четири кварка и један антикварк на окупу повезане јаком нуклеарном силом, али такође може бити и нешто што личи на молекул састављен од бариона са три кварка и мезона са кварк-антикварк комбинацијом, које такође држи јака сила.
Зашто тек сада?
Откад су претпостављени шездесетих година прошлог века, неколико пута смо слушали о открићу пентакваркова. Сва досадашња „открића“ нису потврђена понављањима експеримената, па је пентакварк успешно бежао научницима. Тако је 2002. године на институтут SPring-8 у Јапану објављено да је пронађена честица 1,5 пута тежа од протона која је могла бити само пентакварк, како су научници из тог института рекли.
Честица је настала у сударима снопова протона и неутрона на веома високим енергијама. Неки од института су успели да потврде ово мерење, док други нису. Коначно, када мерења на акцелератору „Томас Џеферсон“ у Вирџинији 2005. године, која су била обимнија од оних 2002. године, нису дала никакве резултате, откриће је одбачено.
Претходни експерименти ипак нису могли да нам дају поуздане резултате, не због тог тога што нису имали довољну енергију судара, већ због перспективе погледа и софистицираности мерних инструмената.
Испитивања у ЦЕРН-у обухватају много већи и шири поглед на овакве сударе него икада раније. Ако смо досад тражили само силуету ових догађаја, у ЦЕРН-у трагамо посматрањем из свих углова на неколико нивоа. Погледом из више перспектива и димензија, научници су са великом сигурношћу уверени да је мерење аутентично и да је оно што су пронашли дефинитивно честица. Са сигурношћу од такозваних 9 сигма, научници су сада уверенији да су детектовали честицу, него 2012. године када је у ЦЕРН-у потврђен Хигсов бозон са сигурношћу од 5 сигма, односно шансом за грешку од само 0,0000000001%.