Při hledání jedné exotické částice vědci objevili dvě nové struktury, které mění pohled na hmotu

Fyzici strávili desítky let organizováním rostoucí sbírky subatomárních částic, přesto některé objevy stále odolávají snadné klasifikaci.

Fyzici strávili desítky let organizováním rostoucí sbírky subatomárních částic, přesto některé objevy stále odolávají snadné klasifikaci. Vědci z Thomas Jefferson National Accelerator Facility, spadající pod americké ministerstvo energetiky, nyní identifikovali důkazy pro dvě neočekávané struktury, které by mohly pomoci objasnit tuto stále složitější krajinu částic.

Tyto signály by mohly vrhnout světlo na záhadnou skupinu objektů známých jako stavy XYZ. Tyto stavy se přesně nehodí do konvenčního obrazu částic tvořených kvarky, základními stavebními kameny hmoty. Poprvé výzkumníci z Jefferson Lab detekovali dva takové signály, které vznikly, když paprsek vysokoenergetických fotonů interagoval s protonovým terčem. Zjištění pocházejí od Gluonic Excitations (GlueX) Collaboration a byla nedávno publikována v časopise Physical Review Letters. Výsledky by mohly vědcům pomoci lépe pochopit, jak jedna ze základních sil přírody přispívá k formování hmoty.

„Hledali jsme potvrzeného kandidáta na stav XYZ pomocí fotonového paprsku, ale místo toho jsme našli dvě další struktury,“ uvedl Malte Albrecht, vědecký pracovník v Jefferson Lab. „Jedná se o nové informace.“ Od 50. let minulého století začaly experimenty s vysokoenergetickými srážkami odhalovat velké množství subatomárních částic souhrnně známých jako hadrony. Hadrony jsou složené částice obsahující dva nebo více kvarků, které drží pohromadě silná jaderná síla. Známými příklady jsou protony a neutrony, z nichž každý obsahuje tři kvarky.

Mezi nově objevenými hadrony byly krátkodobé částice zvané mezony. Ty se typicky skládají z kvarku spárovaného s jeho antihmotovým protějškem, antikvarkem. V roce 1964 fyzici zavedli kvarkový model k uspořádání těchto vázaných stavů. Nejstarší verze obsahovala tři „příchutě“ kvarků: up, down a strange. Objev těžšího kvarku charm v roce 1974 dramaticky změnil částicovou fyziku a rozšířil kvarkový model na šest příchutí. S rostoucím výkonem urychlovačů částic a citlivostí detektorů získali výzkumníci přístup k jemnějším fyzikálním procesům. Po začátku 21. století začaly experimenty odhalovat mnoho hadronů s neobvyklými kvantovými vlastnostmi, které se do původního kvarkového modelu nehodily. Objevy se hromadily tak rychle, že fyzici přijali obecné označení stavy XYZ pro mnoho z těchto špatně pochopených částic.

„Jsme zde v nové éře, podobné té před 70 lety,“ řekl Frank Nerling, spolupracovník Jefferson Lab z německého GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research a Goethe University Frankfurt. „Nejprve byla objevena celá zoologická zahrada hadronů. Nyní čelíme zoologické zahradě takzvaných exotických stavů.“ Tyto nové objevy tak představují významný krok k hlubšímu pochopení základních stavebních kamenů vesmíru a sil, které je drží pohromadě.