Materia wokół nas składa się z atomów. To one są podstawowymi składnikami materii na poziomie chemicznym, ale same też składają się z mniejszych elementów: protonów i neutronów tworzących jądro atomowe oraz krążących wokół niego elektronów. Różne rodzaje atomów nazywamy pierwiastkami, przy czym kryterium to opiera się na liczbie protonów w jądrze.

Jednak protony, neutrony i elektrony to nie jedyne cząstki znane przez fizyków. W dodatku zarówno proton, jak i neutron, same są złożone z mniejszych składników – kwarków. Jest znanych sześć rodzajów kwarków: górny, dolny, dziwny, powabny, niski (piękny), wysoki (prawdziwy). Trzy pierwsze zwane są też lekkimi, a kolejne trzy ciężkimi.

Kwarki zgrupowane po dwa lub trzy tworzą cząstki zwane ogólnie hadronami. Dla przykładu, według tzw. modelu standardowego (główna teoria w fizyce opisują cząstki elementarne), proton składa się z trzech kwarków: dwóch górnych i jednego dolnego, natomiast neutron również z trzech kwarków, w konfiguracji: dwa kwarki dolne i jeden górny.

Jednak oprócz cząstek złożonych z dwóch lub trzech kwarków, od dawna przewidywano istnienie takich, które są zbudowane z czterech lub pięciu kwarków. Zwane są one tetrakwarkami oraz pentakwarkami. W ostatnich latach w ramach eksperymentu LHCb udało się wstępnie potwierdzić istnienie kilku przykładów tetrakwarków i pentakwarków.

1 lipca ogłoszono odkrycie nowego tetrakwarka. Dokonano tego również w ramach eksperymentu LHCb, prowadzonego w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Przeanalizowane dane obejmowały okres od 2009 do 2013 roku oraz od 2015 do 2018 roku. Naukowcy wykryli zaburzenie w dystrybucji masy tzw. mezonów J/psi. Zaburzenie to odpowiadało masie cząstek złożonych z czterech kwarków powabnych. Jeden mezon J/psi składa się z kwarka powabnego i antykwarka powabnego. W nazewnictwie mezon J/psi ma kilka proponowanych nazw: psion, czarmonium albo kwarkonium powabne.

„Cząstki złożone z czterech kwarków są już same w sobie egzotyczne, a ta, którą właśnie odkryliśmy, jest pierwszą złożoną z czterech ciężkich kwarków tego samego typu, a dokładniej z dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych” - wskazuje Giovanni Passaleva z eksperymentu LHCb.

Potwierdzenie istnienia nowej cząstki wymaga jednak dalszych badań. Fizycy nie są do końca pewni, czy nowa cząstka jest „prawdziwym tetrakwarkiem”, czyli układem czterech kwarków mocno związanych ze sobą. Może być bowiem też parą dwukwarkowych cząstek słabo związanych ze sobą w strukturę przypominającej cząsteczkę (cząsteczki, zwane inaczej molekułami, to struktury zbudowane z atomów).

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) to największy na świecie akcelerator cząstek. Znajduje się w ośrodku Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN), niedaleko Genewy, na terenie Szwajcarii i Francji. Jego główne elementy znajdują się pod ziemią na głębokości od 50 do 175 metrów, rozmieszczone w kształcie okręgu o długości 27 km. Wewnątrz pracuje kilka detektorów cząstek elementarnych, jednym z nich jest LHCb.

Polska jest członkiem CERN od 1991 roku i polscy fizycy biorą udział w prowadzonych tam eksperymentach.

Publikacja (https://arxiv.org/abs/2006.16957) opisująca odkrycie nowego tetrakwarka ma około 900 autorów, w tym polskich badaczy, np. z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN w Krakowie, Akademii Górniczo-Hutniczej (AGH) w Krakowie, Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Warszawie. (PAP)

cza/ agt/