Câte particule există în Univers? Întrebare simplă care la ora actuală însă nu are un răspuns sigur.
[fbshare type=”button”] [google_plusone size=”standard” annotation=”none” language=”English (UK)”]
[fblike style=”standard” showfaces=”false” width=”450″ verb=”like” font=”arial”]
Cercetătorii descoperă constant noi particule compuse din quarci în cadrul experimentelor efectuate la acceleratoarele aflate în funcţiune din intreagă lume. Câţi quarci însă poate conţine o particulă? Iată o întrebare fascinantă; cum vom vedea, răspunsul nu este banal, iar datele experimentale nu fac altceva decât să înteţească misterul.
La ora actuală fizicienii au un model: Modelul Standard al fizicii particulelor elementare, care descrie extrem de bine compoziţia şi comportarea particulelor cunoscute. Avem în cadrul modelului quarci, electroni, neutrini, fotoni, gluoni şi alte câteva particule descoperite de-a lungul anilor.
Materia care ne înconjoară şi noi înşine suntem alcătuiţi din aceste particule: atomii conţin în nuclee protoni şi neutroni, compuşi la rândul lor din quarci, şi electroni.
Ştim că protonii şi neutronii, denumiţi în mod generic nucleoni, sunt alcătuiţi fiecare din câte trei quarci (protonul conţine doi quarci aşa-numiţi „up” şi un quark „down”, iar neutronul doi quarci „down” şi un quark „up”). Aceşti quarci sunt ţinuţi împreună în nucleoni de către gluoni – un fel de „lipici” care nu le permite quarcilor să de „dezlipească” şi să părăsească nucleonii.
Pe lângă protoni şi neutroni însă există multe alte particule alcătuite din quarci: acestea au fost descoperite şi studiate atât în cadrul experimentelor care măsurau razele cosmice (particule care ajung pe Pământ din Univers) cât şi în cadrul celor efectuate la diverse acceleratoare din intreagă lume.
Au fost astfel descoperite sute de particule, denumite hadroni, alcătuite din quarci. Parte din acestea conţin, asemănător protonilor şi neutronilor, trei quarci, şi se numesc barioni; o altă parte conţin un quark şi un anti-quark, şi se numesc mezoni.
Atât barionii cât şi mezonii au fost intens studiaţi, clasificaţi în diverse categorii şi catalogaţi. Există la ora actuală tabele de particule, pe sute de pagini, care conţin proprietăţile barionilor şi ale mezonilor.
De ce însă hadronii sunt compuşi din trei quarci sau un quark şi un anti-quark? Cine spune că nu pot fi alcătuiţi altfel?
Nimeni!!!
Ba chiar există teorii care prevăd existenţa unor particule care au o structura mai complexă; cum ar fi particule alcătuite din mai mult de 3 quarci!
Până la ora actuală însă nimeni nu a descoperit o astfel de particulă considerată „exotică”.
Mezoni sau barioni exotici – deci cu o structura diferită faţă de cea standard, au fost şi continuă să fie căutaţi intens de către cercetători. Din când în când în cadrul unui experiment se văd semnale care ar putea indică descoperirea acestor particule exotice – semnale însă care nu au fost confirmate în mod definitiv.
Recent însă, în cadrul a două experimente efectuate în China şi Japonia, a fost descoperită o nouă particulă, aşa-numita Zc(3900) care pare a fi alcătuită din doi quarci şi doi anti-quarci; având deci o structura exotică!
Zc(3900) are o masă cam cât patru protoni, 3900 MeV/c2; nu toată lumea însă este convinsă că structura acestei noi particule este „exotică”. Cei mai sceptici susţin că este de fapt vorba despre un fel de moleculă formată din doi mezoni „normali” (adică alcătuiţi fiecare dintr-un quark şi un anti-quark). Dacă aşa ar sta lucrurile este evident un caz interesant – însă mai puţin interesant decât situaţia în care am avea de-a face cu o unei structura „exotică”.
Dacă am reuşi să descoperim o particula „altfel” decât cele pe care le cunoaştem în prezent am putea înţelege mai bine misterioasă forţă nucleară tare – cea care ţine împreună quarcii; la ora actuală teoria acestei forţe, aşa-numita cromodinamică cuantică, nu este înţeleasă pe deplin.
Este important? Sigur că da! La urmă urmei noi suntem alcătuiţi din quarci – înţelegerea modului în care aceştia stau împreună în particulele cărora le dau viaţă este o „chestiune vitală”.
În viitorul apropiat vom înţelege dacă Zc(3900) este într-adevăr o „bestie rară” sau o moleculă alcătuită din doi mezoni normali, care sunt legaţi unul de altul, dând naştere la ceea ce pare a fi un tetraquark „exotic’.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Sursa: Evenimentul Zilei
