Επιστημονικός “σεισμός”: Νέο σωματίδιο εντοπίστηκε στο CERN

Το νέο σωματίδιο ονομάστηκε «Xi-cc-plus» και οι επιστήμονες ελπίζουν ότι, παρόμοιο με το πρωτόνιο αλλά τέσσερις φορές βαρύτερο, θα ρίξει φως στη μυστηριώδη συμπεριφορά της κβαντικής μηχανικής.

Το σωματίδιο αυτό εντοπίστηκε από τον ανιχνευτή LHCb στο CERN, κοντά στη Γενεύη, ο οποίος αποτελεί ένα από τα κύρια πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

Τι είναι τα βαρυόνια και τα κουάρκ

Όλη η ύλη γύρω μας —συμπεριλαμβανομένων των πρωτονίων και νετρονίων που αποτελούν τον πυρήνα των ατόμων— αποτελείται από βαρυόνια. Αυτά τα σωματίδια σχηματίζονται από τρία κουάρκ, τα βασικά δομικά στοιχεία της ύλης.

Τα κουάρκ εμφανίζονται σε έξι «γεύσεις»: up, down, charm, strange, top και bottom. Κάθε ένα διαθέτει μάζα, ηλεκτρικό φορτίο και ξεχωριστές κβαντικές ιδιότητες. Στην θεωρία, μπορούν να σχηματιστούν πολλοί τύποι βαρυονίων με συνδυασμούς αυτών των γεύσεων, αλλά τα περισσότερα είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθούν.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στέλνει σωματίδια με τεράστιες ταχύτητες γύρω από έναν υπόγειο δακτύλιο μέχρι να συγκρουστούν. Οι συγκρούσεις αυτές δίνουν στους επιστήμονες την ευκαιρία να μετρήσουν πώς διασπώνται τα πιο σταθερά στοιχεία και έτσι να καταλήξουν στα χαρακτηριστικά του αρχικού σωματιδίου.

Xi-cc-plus: Δύο κουάρκ τύπου charm

Το νέο σωματίδιο «Xi-cc-plus» περιέχει δύο κουάρκ τύπου charm και ένα down. Τα κανονικά πρωτόνια περιέχουν δύο up κουάρκ και ένα down. Επειδή το Xi-cc-plus έχει δύο βαρύτερα κουάρκ αντί για up, η μάζα του είναι πολύ μεγαλύτερη.

Ο Βιντσένζο Βανιόνι, εκπρόσωπος του πειράματος LHCb, επισήμανε ότι «είναι μόνο η δεύτερη φορά που παρατηρείται βαρυόνιο με δύο βαριά κουάρκ». Πρόσθεσε ότι πρόκειται για «το πρώτο νέο σωματίδιο που ταυτοποιήθηκε μετά τις αναβαθμίσεις του ανιχνευτή LHCb που ολοκληρώθηκαν το 2023».

Το αποτέλεσμα θα βοηθήσει τους θεωρητικούς να δοκιμάσουν τα μοντέλα της κβαντικής χρωμοδυναμικής, της θεωρίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης που συγκρατεί τα κουάρκ όχι μόνο στα συμβατικά βαρυόνια και μεσόνια, αλλά και σε πιο εξωτικά αδρόνια, όπως τα τετρακουάρκ και πεντακουάρκ.

Το 2017, το πείραμα LHCb είχε ανακοινώσει την ανακάλυψη παρόμοιου σωματιδίου, με δύο κουάρκ τύπου charm και ένα up. Το νέο σωματίδιο αναμένεται να έχει διάρκεια ζωής έξι φορές μικρότερη από το προηγούμενο, καθιστώντας την ανίχνευσή του ακόμη πιο δύσκολη.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, μήκους 27 χιλιομέτρων και τοποθετημένος περίπου 100 μέτρα υπόγεια στα σύνορα Γαλλίας–Ελβετίας, είναι διάσημος για την επιβεβαίωση της ύπαρξης του μποζονίου Higgs το 2012.

Η τελευταία ανακάλυψη έρχεται καθώς το CERN σχεδιάζει την κατασκευή ενός ακόμη μεγαλύτερου επιταχυντή, του Μελλοντικού Κυκλικού Επιταχυντή, για να συνεχιστεί η εξερεύνηση των μυστηρίων του σύμπαντος.