Mer enn tre år etter å ha oppdaget en aldri før sett subatomisk partikkel, vet fysikere nå hvordan disse partiklene - kalt pentaquarks - er satt sammen.
Ny forskning avdekker tre helt nye typer pentaquarks og viser at de hver er laget av to komponenter: en tre-kvark klynge som kalles en baryon og en sammenkobling av quark og antiquark kalt en meson.
"Vi fikk et mye skarpere bilde, og vi sa: 'Herregud, det er ting i det vi faktisk ikke har forestilt oss,' sier studieleder Tomasz Skwarnicki, fysiker ved Syracuse University i staten New York.
Subatomisk struktur
Kvarker er subatomære partikler som kommer i seks typer (opp, ned, underlig, sjarm, bunn og topp). De er byggesteinene til protoner og nøytroner, som er laget av tre kvarker hver. Disse tre-kvark-partiklene er også kjent som baryoner. En annen viktig partikkeltype er meson; disse består hver av en kvark og en antikvark. Antiquarks er de rare antimatterne søskenbarnene til quarks.
På 1960-tallet, da fysikere først teoretiserte om alle disse kvarkene, innså de at det ikke var noen grunn til ikke å ha partikler laget av fire eller fem kvarker, fortalte Skwarnicki til Live Science. Men det hadde ikke vært eksperimentelle bevis på fem-kvarkpartikler, eller pentaquarks - det vil si før i 2015, da Skwarnicki og kollegene oppdaget gjenstandene blant partiklene som ble skapt av kollisjoner i Large Hadron Collider i Genève.
På det tidspunktet, sa Skwarnicki, var dataene litt disige. Siden den gang har forskerne økt datamengden de har på disse pentaquarks med en faktor på ni. Det førte til et mye skarpere bilde, sa Skwarnicki.
Baller av kvarker
Det første forskerne oppdaget var at det er tre separate pentaquarks av tre unike masser blant LHC-partiklene. En ble tidligere ikke oppdaget. De to andre hadde vist seg som en pigge i spekteret av partikkelmasse i 2015-studien, men er nå tilsynelatende som to separate partikler med separate masser.
Viktigst er at de nye dataene avslører de interne strukturene i disse pentaquarks. Tidligere, sa Skwarnicki, var det ikke klart hvordan de fem kvarkene var ordnet inne i pentaquark. Samhandlet de alle sammen? Eller var det i stedet to klynger - en tre-kvark baryon og en meson (partikkelen laget av en kvark og en antikvark) som samhandlet med hverandre?
De nye dataene avslører at det er sistnevnte tilfelle. Basert på hvordan kvarkene forfaller - de er ustabile og eksisterer bare kort tid før de endrer konfigurasjonene sine - må de være laget av samspillende baryoner og mesoner, sa Skwarnicki. Pentaquarks består av en sjarmkvark, en anti-sjarm-kvark, to opp-kvarker og en ned-kvark. De har forskjellige masser fordi kvarkene eksisterer i forskjellige kvantetilstander.
"Betydningen av de nye observasjonene er at den nå peker i en klar retning," sa han. Hver pentaquark er laget av en baryon med tre kvarker inne og en meson med en kvark og en antikvark.
"Det er som to separate baller med kvarker som fester seg til hverandre," sa Skwarnicki.
Skwarnicki presenterte resultatene 26. mars på fysikkonferansen Rencontres de Moriond i La Thuile, Italia. Forskerne planlegger å ta ytterligere målinger for å bekrefte funnene sine, sa Skwarnicki, og de planlegger å søke etter flere pentaquark-ordninger.
"Jeg er faktisk trygg på at vi i fremtiden vil se flere av disse pentaquark-partiklene," sa han.
