فیزیکدانان در جریان بررسی داده‌های برخورددهنده بزرگ هادرون زیبایی (LHCb) در ژنو، سه ذره عجیب‌وغریب پیش‌تر مشاهده‌نشده را به فهرست روزافزون ذرات زیراتمی اضافه کردند که به باور دانشمندان، عالم هستی را تشکیل می‌دهند. 

این ذرات تازه کشف‌شده - که در خلال همایشی در روز سه شنبه شرح داده شد - شامل یک پنتاکوارک می‌شود که پیش از این مشاهده نشده بود و همچنین نخستین جفت تتراکوارک که شامل یک نوع به‌کلی جدید از تتراکوارک است.

مجموعه برخورددهنده بزرگ هادرون زیبایی (LHCb) که در مرز فرانسه و سوئیس در نزدیکی ژنو و در زیر زمین قرار دارد، یکی از چهار آزمایش بزرگ در برخورد دهنده بزرگ هادرونی در سرن است که با بررسی کوارک‌ها، اختصاصا برای تجزیه و تحلیل تفاوت‌های اندک میان ماده و پادماده ساخته شده است.

کوارک‌ها ذرات بنیادی هستند و به‌طور کلی [اصطلاحا] در شش مزه یا چاشنی وجود دارند - بالا (u), پایین (d), افسون (c), شگفت (s), سر (t)، و ته (b) - و دارای ویژگی‌های ذاتی مختلفی از جمله بار الکتریکی، جرم و اسپین‌اند.

دانشمندان سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای معروف به سرن توضیح دادند که کوارک‌ها معمولا در گروه‌های دو و سه تایی با هم ترکیب می‌شوند و هادرون‌ها را تشکیل می‌دهند - پایدارترین آن‌ها پروتون‌ها و نوترون‌هایی‌اند که هسته‌های اتم‌ها را تشکیل می‌دهند.

کوارک‌ها به‌ندرت به شکل ذرات چهار کوارکی و پنج کوارکی یا «تتراکوارک‌ها» و «پنتاکوارک‌ها» ترکیب می‌شوند تا هادرون‌های «ناهنجار» (exotic hadrons) را تشکیل دهند.

‌در حالی که در گذشته در حدود ۶۰ سال پیش، وجود چنین ذرات عجیب‌و‌غریبی به لحاظ نظری پیش‌بینی شده بود، پژوهشگران گفتند که این ذرات، تقریبا همین اواخر یعنی در ۲۰ سال گذشته با همکاری برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) و آزمایش‌های دیگر مشاهده شده‌اند.

دانشمندان گفتند که اغلب اکتشاف‌های پیشین هادرون‌های عجیب‌و‌غریب طی دو دهه اخیر، مربوط به تتراکوارک‌ها یا پنتا کوارک‌ها بوده است.

ترکیب کوارک‌ها در این تتراکوارک‌ها و پنتاکوارک‌هایی که پیش از این کشف شده‌اند، اغلب شامل یک کوارک افسون و یک آنتی‌کوارک افسون می‌شدند، و دو یا سه کوارک باقیمانده، یک کوارک بالا، پایین یا شگفت یا آنتی‌کوارک‌های آن‌ها بودند.

برای هر مزه یا چاشنی کوارک، آنتی‌کوارک نیز وجود دارند که پادذرات کوارک‌ها هستند و تنها در برخی از ویژگی‌های کوارک، مانند بار الکتریکی، با کوارک متفاوتند و بار الکتریکی با همان مقدار اما باعلامت مخالف دارند.

برخورددهنده بزرگ هادرون زیبایی (LHCb) @LHCbExperiment سه ذره جدید عجیب و غریب را کشف کرد.

— CERNpress (@CERNpress)  پنجم ژوئیه ۲۰۲۲

پژوهشگران طی دو سال گذشته، یک تتراکوارک شامل دو کوارک افسون و دو آنتی‌کوارک شگفت، و دو تتراکوارک «افسونِ باز» (open charm) متشکل از یک آنتی‌کوارک افسون، یک کوارک بالا، یک کوارک پایین و یک آنتی‌کوارک شگفت کشف کردند.

نیلز تیونینگ، مدیر آزمایشگاه فیزیک برخورددهنده بزرگ هادرون زیبایی (LHCb)، طی سخنانی گفت: «هرچه بیشتر بررسی می‌کنیم، انواع بیشتری از هادرون‌های «ناهنجار» پیدا می‌شود. ما دوره‌ای از اکتشافات مشابه دهه ۱۹۵۰ را مشاهده می‌کنیم، زمانی‌که کشف یک «باغ وحش ذرات» هادرون شروع شد و در نهایت به مدل کوارکی هادرون‌های رایج در دهه ۱۹۶۰ منجر شد. ما «باغ‌وحش ذرات شماره ۲» را ایجاد می‌کنیم.»

همچنین پژوهشگران سال گذشته، نخستین نمونه از یک تتراکوارک «افسون باز دوتایی» با دو کوارک افسون و یک آنتی‌کوارک بالا و یک آنتی‌کوارک پایین کشف کردند.

دانشمندان توضیح دادند: «افسون باز به این معنی است که ذره دارای یک کوارک افسون بدون آنتی‌کوارک معادل آن است.»

در جدیدترین یافته‌ها، دانشمندان انواع جدیدی از هادرون‌های ناهنجار را توصیف کردند.

یکی از آن‌ها یک پنتاکوارک است که از یک کوارک افسون و یک آنتی‌کوارک افسون و یک کوارک بالا، پایین و یک کوارک شگفت تشکیل شده است که نشان از وجود یک پنتاکوارک است که حاوی یک کوارک شگفت است.

دیگری یک تتراکوارک با بار الکتریکی دوتایی است که یک تتراکوارک افسون باز است که از یک کوارک افسون، یک آنتی‌کوارک عجیب و یک کوارک بالا و یک آنتی‌کوارک پایین تشکیل شده است.

دانشمندان این ذره را همراه با همتای خنثای آن شناسایی کردند.

کریس پارکز، سخنگوی برخورددهنده بزرگ هادرون زیبایی (LHCb)، گفت: «کشف انواع جدیدی از تتراکوارک‌ها و پنتاکوارک‌ها و اندازه‌گیری ویژگی‌های آن‌ها به نظریه‌پردازان کمک می‌کند تا مدل یکپارچه‌ای از هادرون‌های ناهنجار را توسعه دهند که ماهیت دقیق آن تا حد زیادی ناشناخته است و در عین حال به درک بهتر هادرون‌های معمولی کمک می‌کند.»