CERN: פיזיקאים מדווחים על גילוי של חלקיק חדש וייחודי המורכב מארבעה חלקיקי קווארק

שותפות LHCb ב- CERN הודיעה על גילוי של חלקיק אקזוטי חדש מסוג טטרה-קווארק (tetraquark). הממצא מסמן פריצת דרך משמעותית בחיפוש של כמעט 20 שנה, שבוצע במעבדות לפיזיקת חלקיקים בכל רחבי העולם

מאת לורנצו קפריוטי, עמית מחקר בפיזיקת החלקיקים, אוניברסיטת בולוניה והארי קליף, פיזיקאי חלקיקים, אוניברסיטת קיימברידג'

 

טטרה קווארק. איור: CERN
טטרה קווארק. איור: CERN

שותפות LHCb ב- CERN הודיעה על גילוי של חלקיק אקזוטי חדש המכונה טטרה-קווארק (tetraquark). אמנם המאמר עליו חתומים יותר מ- 800 מחברים טרם עבר ביקורת עמיתים, אך הוא הוצג בכנס. הוא גם עומד בסף הסטטיסטי הרגיל לטענה לגילוי של חלקיק חדש.

הממצא מסמן פריצת דרך משמעותית בחיפוש של כמעט 20 שנה, שבוצע במעבדות לפיזיקת חלקיקים בכל רחבי העולם.

 

כדי להבין מהו מסלול נפילה ומדוע התגלית חשובה, עלינו לחזור אחורה בזמן ל -1964, כאשר פיזיקת החלקיקים הייתה בעיצומה של מהפכה. שני אסטרונומי רדיו צעירים בניו ג'רזי גילו בדיוק את העדויות החזקות ביותר אי פעם למפץ הגדול.

בצד השני של ארה"ב, במכון הטכנולוגי בקליפורניה, ובצד השני של האוקיאנוס האטלנטי, ב- CERN בשוויץ, פרסמו שני פיסיקאים של חלקיקים שני מאמרים עצמאיים באותו נושא. שניהם עסקו בשאלה כיצד להבין את המספר העצום של החלקיקים החדשים שהתגלו בשני העשורים האחרונים.
פיזיקאים רבים לא הסכימו למסקנה שהיקום מורכב מכל כך הרבה חלקיקי יסוד, מה שכונה "גן החיות החלקיקי ". ג'ורג' צווייג מקלטק ומורי גל-מאן מ- CERN עלו על אותו פתרון. מה אם כל החלקיקים השונים הללו היו באמת עשויים מאבני בניין קטנות ובלתי ידועות, באותו אופן שמאות היסודות המוזרים בטבלה המחזורית עשויים מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים? צוויג כינה את אבני הבניין הללו "אסים", ואילו גל-מן בחרה במונח בו אנו משתמשים כיום: "קווארקים".

אנו יודעים כעת שיש שישה סוגים שונים של קווארקים – עליון, תחתון, קסום, מוזר, למעלה ולמטה. לחלקיקים אלה יש גם מקבילים בעולם האנטי-חומר שמטענם הפוך. כל הקווארקים יכולים להיקשר זה לזה על פי כללים פשוטים המבוססים על סימטריות. חלקיק העשוי מקווארק ואנטי קווארק היוצרים ביחד מזונים. כאשר שלושה קווארקים קשורים זה לזה יוצרים "בריונים". הפרוטונים והניוטרונים המוכרים המרכיבים את הגרעין האטומי הם דוגמאות לבריונים.

תכנית סיווג זו תיארה יפה את גן החלקיקים בשנות השישים. עם זאת, אפילו במאמר המקורי שלו, הבין גל-מן שיכולים להיות שילובים אחרים של קווארקים. לדוגמה, שני קווארקים ושני אנטי קווארקים עשויים להיצמד זה לזה ליצירת "טטרה קטארק", ואילו ארבעה קווארקים ואנטי קוארק אחד ייצרו את "פנטה-קווארק".

גלאי LHCb צילום: M. Brice, J. Ordan/CERN), CC BY-NC
גלאי LHCb צילום: M. Brice, J. Ordan/CERN), CC BY-NC

חלקיקים אקזוטיים

 

בשנת 2003, דיווח ניסוי בל במעבדת KEK ביפן על תצפית על מזון חדש, שנקרא X (3872), שהראה תכונות "אקזוטיות" שונות למדי ממזונים רגילים.

בשנים שלאחר מכן התגלו כמה חלקיקים אקזוטיים חדשים, ופיזיקאים החלו להבין שאת רוב החלקיקים הללו ניתן היה להסביר רק בהצלחה אם הם היו עשויים העשויות מארבעה קווארקים במקום שניים. בשנת 2015, גילה ניסוי LHCb ב- CERN גילה את חלקיקי הפנטה-פארק הראשונים העשויים מחמישה קווארקים.

כל הטטרה קווארקים והפנטה קווארקים שהתגלו עד כה מכילים שני קווארקי קסם, שהם כבדים יחסית, ושניים או שלושה קווארקים קלים – למעלה, למטה או מוזרים. תצורה מסוימת זו היא אכן הקלה ביותר לגלות בניסויים.

אולם החלקיק האחרון שהתגלה על ידי LHCb, שכונה X (6900), מורכב מארבעה קווארקי קסם. הטטרה-קווארק החדש, המיוצר בהתנגשויות פרוטונים עתירי אנרגיה במאיץ ההדרונים הגדול, נצפתה דרך התפרקותה לזוגות של חלקיקים ידועים בשם J / psi mesons, כל אחד מהם עשוי קווארק קסם ואנטי קווארק קסם. זה הופך אותו למעניין במיוחד מכיוון שלא רק שהוא מורכב כולו מקווארקים כבדים, אלא שאלו ארבעה קווארקים מאותו סוג – מה שהופך אותו לדוגמה ייחודית לבחינת הבנתנו כיצד קווארקים נקשרים זה עם זה.

לעת עתה, ישנם שני מודלים שונים שיכולים להסביר כיצד קווארקים נקשרים זה לזה: יכול להיות שהם קשורים חזק, מה שיוצר את מה שאנו מתייחסים אליו כטטרה קווארק קומפקטי. או יכול להיות שהקווארקים מסודרים כשני מזונים, הדבוקים זה לזה באופן רופף המזכיר "מולקולה ".

מולקולות רגילות מיוצרות מאטומים הקשורים יחד בכוח האלקטרומגנטי, הפועל בין גרעינים טעונים חיוביים לבין אלקטרונים טעונים שלילית. אבל הקווארקים במזון או בבריון קשורים באמצעות כוח אחר, "הכוח החזק". זה באמת מרתק שאטומים וקווארקים, שעוקבים אחר כללים שונים מאוד, יכולים ליצור שניהם עצמים מורכבים דומים מאוד.

נראה כי החלקיק החדש עולה בקנה אחד עם היותו מולקולת טטרה קומפקטית ולא מולקולת דו-מזונית, שהייתה ההסבר הטוב ביותר לתגליות קודמות. זה הופך את התגלית לבלתי רגילה, מכיוון שהיא תאפשר לפיסיקאים ללמוד בפירוט את מנגנון ההתצדה החדש הזה. התגלית גם מרמזת על קיומם של טטרה קווארקים גדולים וקומפקטיים אחרים.

חלון למיקרו-קוסמוס

 

הכוח החזק הפועל בין קווארקים מציית לכללים מורכבים מאוד – כל כך מסובכים, למעשה, שלרוב הדרך היחידה לחשב את השפעותיו היא להשתמש בקירובים ובמחשבי על.

אופיו הייחודי של ה- X (6900) יעזור להבין כיצד לשפר את הדיוק של הקירובים הללו, כך שבעתיד נוכל לתאר מנגנונים אחרים ומורכבים יותר בפיזיקה שאינם בהישג ידנו כיום.

מאז גילוי ה- X (3872), המחקר על חלקיקים אקזוטיים פרח, כאשר מאות פיזיקאים תיאורטיים ונסיינים פעלו יחד כדי לשפוך קצת אור על התחום החדש והמרגש הזה. הגילוי של מסלול ההצמדה החדש הוא קפיצת מדרגה אדירה, והוא מהווה אינדיקציה לכך שעדיין יש הרבה חלקיקים אקזוטיים חדשים שם המחכים למישהו שיחשוף אותם.

לידיעה ב-The Conversation

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

355 תגובות

  1. ישראל שפירא! (מספר משוכלל)
    כאשר (N^2 פחות 1 ), ראשוני מקבלים מספר משוכלל 3 ראשוני מקבלי 6 , 7 ראשוני מקבלים 28 , 15 אינו ראשוני ולכן לא ניתן לקבל (כי מעצם הגדרת מספר משוכלל יש צורך להוסיף את המחלקים של 15) וכו… .
    אחשוב על החידה שלך

  2. אבל הנה חידה שלא תוכל לפתור עם כל המתמטיקה שבעולם – וזאת למרות שיש לה פיתרון.

    יש לנו שני חדרים, ששעוניהם מסונכרנים ביניהם. בכל חדר מטבע, קוביית ששבש, ומצלמה.

    1. ברגע 0 בכל חדר אנחנו מטילים את הקוביה בחדר 1 ומסדרים את המטבע כראות עינינו שיראה עץ או פלי, ומצלמים ביחד את המטבע והקוביה. זוהי תמונה 1 מחדר 1.

    2. כנ״ל בחדר 2. זוהי תמונה 1 מחדר 2.

    3. חוזרים על התהליך 100 פעם בכל חדר. קיבלנו מכל חדר את תמונות 1-100.

    4. יש לנו 15 דקות בכל חדר לסיים את כל התמונות.

    5. אנחנו שולחים את התמונות לצד ג׳.

    המטרה, שבצידה פרס כספי נכבד:

    7. שבהשוואה בין 2 תמונות בעלות אותו מספר סידורי, (3, 6, 12…. 100) אם בשני הצילומים המספר בקוביה הוא זוגי, יהיה לנו 100% התאמה בצד המטבע בתמונה (עץ או פלי).

    8. אם בהשוואה בין 2 תמונות בעלות אותו מספר סידורי בצד אחד הקוביה מראה מספר זוגי ובשני פרט, נקבל בממוצע 75% התאמות בין המטבעות.

    9. אם בהשוואה בין 2 תמונות בעלות אותו מספר סידורי בשני הצדדים הקוביה מראה פרט, נקבל בממוצע 25% התאמות בין המטבעות.

    אנו רשאים להשתמש בכל אמצעי שהוא, לתאם קודים בין החדרים, ולהתכונן כמה שנרצה לקראת הניסוי, כל עוד שנסיים לצלם את כל התמונות בתוך 15 דקות מזמן 0.

    עכשיו, אין לנו בעיה לעשות זאת אם יש תקשורת בין החדרים.

    אך האם נוכל לעשות זאת במידה והחדרים מרוחקים שעת אור זה מזה?

  3. נחמד מאוד.
    יש הרבה משחקי מספרים, לדוגמה תופעת המספרים המושלמים . אלו מספרים שסכום המספרים המחלקים אותם שווה בדיוק למספר עצמו. המספר 6 למשל, מתחלק ב –1, 2, ו3, ו 6=1+2+3. גם המספרים 28, 496 ו8128 הנם מספרים מושלמים. והנה, מסתבר שכל המספרים המושלמים מצייתים לכלל שגילה אאוקלידס: כל מספר מושלם הנו כפולה של שני מספרים אשר אחד מהם הוא חזקה של 2 והשני הנו החזקה הבאה של 2 פחות 1. לדוגמא:

    6=2¹ x(2²-1)
    28=2² x(2³-1)
    496=24 x(25 -1)
    x(27 -1) 8128=26
    .
    . .
    . . .
    -2216090) =2216090 x(2216091 -1) 2432181 )

    מספר זה הנו בן למעלה מ130,000 ספרות! ואף הוא מציית לאאוקלידס!"
    "וזה עוד לא הכל. מסתבר גם שכל המספרים המושלמים הנם סדרה של מספרים עוקבים:
    6=1+2+3.
    28=1+2+3+4+5+6+7.
    496=1+2+3+4+5…+30+31.
    8,128=1+2+3+4+5…+126+127.

  4. לישראל שפירא שלום!
    אם עוסקים בפיתגורס (3,4,5) נא התבונן בסדרות הבאות: (3,4,12,13) ,(3,4,12,84,85) , (3,4,12,84,3612,3613) ….. עד אין סוף. כל סדרה מכילה אורכי צלעות של מרבוע בעל אורך משנה של צלעות. סכומי ריבועי הצלעות למעט האחרון שווה לריבוע הצלע האחרון, אפשרי לכל -N צלעות. וניתן לבנות את המבנה גם במרחבים מעל 2 ממדים.
    נא בדוק. מקווה שלא טעיתי בהקלדת המספרים.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן