Ανακαλύφθηκε το μεσόνιο Z(4430) με τέσσερα κουάρκ

Πηγή: PhysicsWorld, 15 Νοεμβρίοτ 2007

Φυσικοί που εργάζονται στο πείραμα Belle των εργαστηρίων KEK στην Ιαπωνία έχουν ανακαλύψει ένα νέο σωματίδιο, που προσφέρει τις μεγαλύτερες μέχρι τώρα αποδείξεις ότι μερικά μεσόνια περιέχουν τέσσερα κουάρκ αντί δύο όπως συνήθως. Το μεσόνιο που ονομάστηκε Z(4430), είναι το τελευταίο από διάφορα μεσόνια που έχουν ανακαλυφθεί στο Belle και τα οποία φαίνονται να προκαλούν το μοντέλο των κουάρκ, το οποίο είναι πολύ επιτυχημένο στην ταξινόμηση των μεσονίων, ως τα σωματίδια με δύο κουάρκ.

Το μοντέλο των κουάρκ που φτιάχτηκε στη δεκαετία του '60 από τον μετέπειτα νομπελίστα Murray Gell-Mann, έχει επιτρέψει στους φυσικούς να κατανοήσουν μυριάδες σωματίδια που παράγονται στις διαδοχικές γενεές των πειραμάτων στους επιταχυντές. Όπως και στην περιγραφή των γνωστών πρωτονίων και νετρονίων, που περιέχουν τρία κουάρκ, το μοντέλο των κουάρκ πέτυχε και στην ταξινόμηση των πολλών μεσονίων που περιέχουν δύο μόνο κουάρκ - ή ακριβέστερα ένα κουάρκ και ένα αντι-κουάρκ - που διατηρούνται μαζί από την ισχυρή πυρηνική δύναμη.

Εντούτοις, τα πράγματα άρχισαν να πηγαίνουν στραβά πριν περίπου τέσσερα χρόνια όταν δύο πειράματα -- το BaBar στο Γραμμικό Κέντρο Επιταχυντών του Στάνφορντ, και το Belle στο εργαστήριο KEK στην Ιαπωνία - άρχισαν να ανακαλύπτουν μεσόνια που δεν αποτελούνταν από ένα ζεύγος κουάρκ και αντι-κουάρκ. Αυτά τα ειδικά μεσόνια δημιουργήθηκαν και στους επιταχυντές όπου συνθλίβονταν μαζί ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια (εικόνα πάνω).

Τέσσερα κουάρκ

Μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει ότι αυτά τα μεσόνια -- που έχουν παρατηρηθεί τουλάχιστον τέσσερα -- θα μπορούσαν να αποτελούνται από τέσσερα, αντί για δύο κουάρκ. Άλλοι θεωρούν, εντούτοις, ότι τα σωματίδια αυτά είναι απλά διεγερμένες καταστάσεις του μεσόνιου "charmonium", που περιέχουν ένα κουάρκ γοητεία (charm) και ένα κουάρκ αντι-γοητεία.

Εντούτοις, το charmonium είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, ενώ το νέο μεσόνιο Z(4430) είναι το πρώτο 'λανθασμένο' μεσόνιο που ανακαλύπτεται με φορτίο. Κατά συνέπεια, το Z(4430) είναι απίθανο να είναι το charmonium. Αντιθέτως, οι φυσικοί στο πείραμα Belle θεωρούν ότι θα μπορούσε να είναι συνδυασμός τεσσάρων κουάρκ - ένα πάνω, ένα αντι-κάτω, ένα γοητεία και ένα αντι-γοητεία. Γιατί όπως παρατήρησαν οι φυσικοί το Z(4430) διασπάστηκε αμέσως σε ένα μεσόνιο charmonium και ένα π-μεσόνιο (που περιέχει ένα πάνω και ένα αντι-κάτω κουάρκ). Εάν αυτό πράγματι συμβαίνει, το Z(4430) θα ήταν το πρώτο μεσόνιο που δεν μπορεί να περιγραφεί με δύο κουάρκ (arXiv 0708.1790v2).

Η ανακάλυψη του Z(4430) θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι φυσικοί πρέπει να επανεξετάσουν τη θεωρία της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής (QCD), που εξηγεί γιατί τα κουάρκ όπως και τα αντι-κουάρκ είναι συνδεδεμένα μαζί στα μεσόνια και άλλα σωματίδια.

Όμως δεν πείσθηκαν όλοι οι φυσικοί. Ο Eric Swanson του πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ είπε ότι ενώ τα στοιχεία για το Z(4430) φαίνονται πειστικά, θα πρέπει να ανακαλυφθούν κι άλλα τέτοια σωματίδια προτού να δεχτούμε ότι τα μεσόνια με τέσσερα κουάρκ είναι μια πραγματικότητα. "Δεν μπορώ να βρω έναν εύλογο τρόπο για να εξηγήσω τα Z(4430) ]," τόνισε.