De hits blijven maar komen van het Fermi National Accelerator Laboratory van het Department of Energy. Tot dusver deze maand heeft het lab de ontdekking van een zeldzame single top quark aangekondigd en vervolgens de kloof verkleind - twee keer eigenlijk - voor de massa van het ongrijpbare Higgs Boson-deeltje, of 'Goddeeltje', waarvan wordt gedacht dat het alle andere deeltjes geeft hun massa.
Nu hebben wetenschappers een nieuw, volledig ongetheoriseerd deeltje ontdekt dat uitdaagt wat natuurkundigen dachten te weten over hoe quarks samen materie vormen. Ze noemen het Y (4140), wat de gemeten massa van 4140 Mega-elektronvolt weerspiegelt.
"Het moet ons iets proberen te vertellen", zegt Jacobo Konigsberg van de Universiteit van Florida, een woordvoerder van het Fermilab-team voor botsdetectie. "Tot nu toe weten we niet zeker wat dat is, maar u kunt er zeker van zijn dat we blijven luisteren."
Materie zoals we die kennen, bestaat uit bouwstenen die quarks worden genoemd. Quarks passen op verschillende beproefde manieren in elkaar om andere deeltjes te bouwen: mesonen, gemaakt van een quark-antiquark-paar, en baryons, gemaakt van drie quarks.
Maar onlangs hebben elektronen-positron-botsers in Stanfords SLAC National Accelerator Laboratory en het Japanse laboratorium KEK voorbeelden onthuld van samengestelde quarkstructuren - genaamdX enYdeeltjes - dat zijn niet de gebruikelijke mesonen en baryons. En nu heeft de Collider Detector bij Fermilab (CDF) samenwerking bewijs gevonden voor het Y (4140) deeltje.
Het Y (4140) -deeltje vervalt in een paar andere deeltjes, de J / psi en de phi, wat natuurkundigen suggereert dat het een compositie van charme en anticharm-quarks zou kunnen zijn. De kenmerken van dit verval passen echter niet bij de conventionele verwachtingen voor een dergelijke make-up. Andere mogelijke interpretaties dan een eenvoudige quark-antiquark-structuur zijn hybride deeltjes die ook gluonen bevatten, of zelfs combinaties van vier quarks.
De Fermilab-wetenschappers observeerden Y (4140) -deeltjes in het verval van een veel vaker geproduceerd deeltje dat een bodemkwark bevat, het B + -meson. Ze doorzochten biljoenen proton-antiproton-botsingen van Fermilab's Tevatron en identificeerden een kleine steekproef van B + -mesonen die in een onverwacht patroon vervielen. Nadere analyse toonde aan dat de B + -mesonen in Y (4140) vervielen.
Het Y (4140) -deeltje is het nieuwste lid van een familie van deeltjes met vergelijkbare ongebruikelijke kenmerken die de afgelopen jaren zijn waargenomen door onderzoekers van Fermilab's Tevatron, evenals van KEK en het SLAC-laboratorium, dat op Stanford opereert via een samenwerking met de VS Ministerie van Energie.
"We feliciteren CDF met het eerste bewijs voor een nieuwe onverwachte Y-toestand die vervalt tot J / psi en phi", zegt de Japanse natuurkundige Masanori Yamauchi, een KEK-woordvoerder. “Deze staat kan gerelateerd zijn aan de door Belle ontdekte Y (3940) staat en zou een ander voorbeeld kunnen zijn van een exotische hadron die charm-quarks bevat. We zullen proberen deze toestand te bevestigen in onze eigen Belle-gegevens. ”
Theoretische natuurkundigen proberen de ware aard van deze exotische combinaties van quarks te ontcijferen die buiten ons huidige begrip van mesonen en baryons vallen. Ondertussen blijven experimentalisten graag zoeken naar meer van dergelijke deeltjes.
"We bouwen stuk voor stuk voort op onze kennis", zei Fermilab-woordvoerder Rob Roser, "en met voldoende stukjes zullen we begrijpen hoe deze puzzel in elkaar past."
De Y (4140) waarneming is het onderwerp van een artikel dat door CDF is ingediend bij Fysieke beoordelingsbrieven deze week. Naast de aankondiging van Y (4140), presenteert de samenwerking van het CDF-experiment deze week meer dan 40 nieuwe resultaten op de Moriond Conference on Quantum Chromodynamics in Europa, waaronder de ontdekking van elektrozwakke top-quarkproductie en een nieuwe limiet voor het Higgs-deeltje, in overleg met onderzoekers van Fermilab's DZero-samenwerking.
Bron: Fermilab
