מאיץ ההדרונים הגדול, המפורסם במציאת בוזון היגס, חשף כעת חלקיק חדש ודי יוצא דופן. צוותים ב-LHC, מאיץ החלקיקים הגדול בעולם,התחילה לאחרונהשנייהריצת ניסוייםמשתמש בהרבה יותר אנרגיה מאלה שמצאו את חלקיק היגסעוד ב-2012. אבל עוד אחת מהקבוצות, LHCb, גם סיננה את הנתונים שלה ממיליארדי התנגשויות החלקיקים של הריצה הראשונה של ה-LHC, ועכשיו חושבים שהםזיהה משהו חדש: פנטקווארקים.
פנטקווארקים הם צורה אקזוטית של חומר שנחזה לראשונהעוד ב-1979. הכל מסביבנו עשוי מאטומים, העשויים מענן אלקטרונים המקיף גרעין כבד העשוי מפרוטונים ונויטרונים. אֲבָלמאז שנות ה-60, ידענו גם שהפרוטונים והנייטרונים מורכבים מקטנים אפילו יותרחלקיקים בשם "קווארקים".", מוחזק יחד על ידי משהו שנקרא "כוח חזק", הכוח החזק ביותר הידוע בטבע למעשה.
ניסויים ב-1968סיפק את ההוכחות למודל הקווארק. אם פרוטונים נפגעים מספיק חזק, ניתן להתגבר על הכוח החזק ולנתץ את הפרוטון. מודל הקווארקים מסביר למעשה את קיומם של יותר מ-100 חלקיקים, כולם ידועים בשם "הדרונים" (כמו ב-Large Hadron Collider) ומורכבים משילובים שונים של קווארקים. לדוגמה, הפרוטון עשוי משלושה קווארקים.
נראה שכל ההדרונים מורכבים משילובים של שניים או שלושה קווארקים, אבל אין סיבה ברורה לכך שקווארקים לא יוכלו להיצמד זה לזה כדי ליצור סוגים אחרים של האדרונים.היכנסו לפנטקווארק: חמישה קווארקים מחוברים יחד ליצירת סוג חדש של חלקיקים. אבל עד עכשיו, איש לא ידע בוודאות אם פנטקווארקים אכן קיימים - ולמרות שהיו מספר תגליות שנטען ב-20 השנים האחרונות, אף אחת מהן לא עמדה במבחן הזמן.
פנטקווארקים קשים להפליא לראות; הם נדירים מאוד ומאוד לא יציבים. זה אומר שאם אפשר להדביק חמישה קווארקים ביחד, הם לא יישארו ביחד הרבה זמן. הצוות בניסוי ה-LHCb גילה את התגלית על ידי התבוננות בפירוט בהדרונים אקזוטיים אחרים שנוצרו בהתנגשויות, והם מתפרקים. בפרט, הם חיפשו את חלקיק ה- Lambda-b, שיכול להתפרק לתוך האדרונים אחרים: קאון, J/psi ופרוטון.
ה-J/psi עשוי משני קווארקים והפרוטון עשוי משלושה. המדענים גילו שבמשך תקופה קצרה חמשת הקווארקים הללו היו קשורים יחדיו לחלקיק אחד: פנטקווארק. למעשה, באמצעות ניתוח מפורט של הנתונים, הם למעשה גילו שני פנטקווארקים והעניקו להם את השמות הקליטים Pc(4450)+ ו-Pc(4380)+.
למה זה חשוב?
התגלית עונה על שאלה בת עשרות שנים בפיזיקת החלקיקים ומדגישה חלק נוסף במשימה של ה-LHC. גילויים של חלקיקי יסוד חדשים כמו בוזון היגס מספרים לנו משהו חדש לחלוטין על היקום. אבל תגליות כמו פנטקווארקים נותנות לנו הבנה מלאה יותר של האפשרויות העשירות שטמונות ביקום שאנו כבר מכירים.
על ידי פיתוח הבנה זו, אנו עשויים לקבל כמה רמזים לגבי האופן שבו היקום התפתח לאחר המפץ הגדול וכיצד קיבלנו פרוטונים וניוטרונים במקום פנטקווארקים המרכיבים את החומר היומיומי.
כאשר ה-LHC מתנגש כעת בפרוטונים באנרגיה כמעט כפולה, מדענים מוכנים להתמודד עם חלק מהבעיותשאלות פתוחות אחרותבפיזיקת חלקיקים. אחת המטרות העיקריות עם הנתונים החדשים היאחומר אפל, חלקיק מוזר שכאילו נמצא בכל רחבי היקום, אך מעולם לא נראה. בדיקת ההבנה הנוכחית של קווארקים, הכוח החזק וכל החלקיקים הידועים באנרגיה החדשה הזו היא צעד חיוני לקראת גילויים כאלה.
