Hơn ba năm sau khi phát hiện ra một hạt hạ nguyên tử chưa từng thấy, các nhà vật lý bây giờ biết làm thế nào các hạt này - được gọi là pentaquarks - được kết hợp với nhau.
Nghiên cứu mới cho thấy ba loại pentaquark hoàn toàn mới và cho thấy rằng chúng được tạo thành từ hai thành phần: một cụm ba quark gọi là baryon và một cặp quark và antiquark gọi là meson.
"Chúng tôi đã có một bức tranh sắc nét hơn nhiều và chúng tôi đã nói, 'Trời ơi, có những thứ mà chúng tôi thực sự không tưởng tượng được", nhà lãnh đạo nghiên cứu, ông Tomasz Skwarnicki, một nhà vật lý tại Đại học Syracuse, bang New York, nói.
Cấu trúc hạ nguyên tử
Quark là các hạt hạ nguyên tử có sáu loại (lên, xuống, lạ, quyến rũ, dưới cùng và trên cùng). Chúng là các khối xây dựng của proton và neutron, được tạo thành từ ba hạt quark. Những hạt ba quark này còn được gọi là baryon. Một loại hạt quan trọng khác là meson; mỗi cái này được tạo thành từ một quark và antiquark. Antiquarks là anh em họ phản vật chất kỳ lạ của quark.
Vào những năm 1960, khi các nhà vật lý lần đầu tiên đưa ra giả thuyết về tất cả các hạt quark này, họ nhận ra rằng không có lý do gì để không có các hạt được tạo thành từ bốn hoặc năm hạt quark, Skwarnicki nói với Live Science. Nhưng đã không có bằng chứng thực nghiệm về các hạt năm quark, hay pentaquarks - nghĩa là cho đến năm 2015, khi Skwarnicki và các đồng nghiệp của mình phát hiện ra các vật thể trong số các hạt được tạo ra bởi các va chạm trong Máy va chạm Hadron lớn ở Geneva.
Vào thời điểm đó, Skwarnicki cho biết, dữ liệu hơi mơ hồ. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã tăng số lượng dữ liệu họ có trên các pentaquarks này lên gấp 9 lần. Điều đó dẫn đến một bức tranh sắc nét hơn nhiều, Skwarnicki nói.
Bóng quark
Điều đầu tiên mà các nhà nghiên cứu phát hiện ra là có ba khối riêng biệt gồm ba khối độc nhất trong số các hạt LHC. Một cái trước đây không bị phát hiện. Hai loại khác đã xuất hiện như một đột biến trong phổ khối lượng hạt trong nghiên cứu năm 2015 nhưng hiện rõ ràng là hai hạt riêng biệt có khối lượng riêng biệt.
Quan trọng nhất, dữ liệu mới tiết lộ các cấu trúc bên trong của các pentaquarks này. Trước đây, Skwarnicki cho biết, không rõ năm quark được sắp xếp bên trong pentaquark như thế nào. Có phải tất cả họ tương tác với nhau? Hoặc thay vào đó là hai cụm - một baryon ba quark và meson (hạt làm từ quark và antiquark) tương tác với nhau?
Dữ liệu mới tiết lộ rằng đó là trường hợp sau. Dựa trên cách các quark phân rã - chúng không ổn định và chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn trước khi thay đổi cấu hình của chúng - chúng phải được tạo ra từ các baryon và meson tương tác, Skwarnicki nói. Các pentaquark được tạo thành từ một quark quyến rũ, một quark chống quyến rũ, hai quark lên và một quark xuống. Chúng có khối lượng khác nhau vì các quark tồn tại ở các trạng thái lượng tử khác nhau.
"Tầm quan trọng của các quan sát mới là giờ đây nó đang chỉ theo một hướng rõ ràng", ông nói. Mỗi pentaquark được làm bằng một baryon với ba quark bên trong và một meson với quark và antiquark.
"Nó giống như hai quả bóng quark riêng biệt dính vào nhau", Skwarnicki nói.
Skwarnicki đã trình bày kết quả vào ngày 26 tháng 3 tại hội nghị vật lý Rencontres de Moriond ở La Thuile, Ý. Các nhà nghiên cứu có kế hoạch thực hiện các phép đo tiếp theo để xác nhận phát hiện của họ, Skwarnicki nói, và họ có kế hoạch tìm kiếm các sắp xếp pentaquark nhiều hơn.
"Tôi thực sự tin tưởng rằng trong tương lai chúng ta sẽ thấy nhiều hạt loại pentaquark hơn", ông nói.
