Új típusú részecskék létezését bizonyították be a kutatók az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) genfi Nagy Hadronütköztetőjében. Az LHCb nevű kísérlet most először figyelte meg minden kétséget kizáróan a pentakvarkok létrejöttét.

A kvarkok azok az elemi részecskék, amelyekből az összetett szubatomi részecskék épülnek fel. Hatféle kvarktípust ismerünk, amelyek különféle kötött állapotokban kapcsolódhatnak össze. Míg a mezonok és a barionok (proton, neutron, stb) két, illetve három kvarkból épülnek fel, léteznek olyan részecskék is, amelyek ennél több kvarkból (vagy antikvarkból) és más anyagokból állnak. Ilyen a pentakvark, amely úgynevezett egzotikus barionnak számít, mert négy kvarkból és egy antikvarkból áll össze.

A pentakvark nem egyszerűen egy új részecske. A kvarkok összeállásának egy olyan mintázatát képviseli, amelyet még soha nem sikerült megfigyelni a kísérleti kutatás több mint ötven éve során. A tulajdonságainak a vizsgálata hozzásegíthet annak megértéséhez, hogyan jönnek létre a protonok és neutronok, vagyis az anyag, amelyből mindannyian felépülünk

– mondta el Guy Wilkinson, az LHCb-kísérlet szóvivője.

A mostani kutatásban az LHCb kutatói azt figyelték meg, ahogy a Lambda b nevű barion három másik részecskére (egy J-pszíre, egy protonra és egy töltött kaonra) bomlik, és közben mérték a tömegspektrumukat. Megfigyelték, hogy a bomlástermékek létrejötte során olykor köztes állapotok is fennáltak, ezeket nevezték el Pc(4450)⁺-nak és Pc(4380)⁺-nak.

Minden lehetőséget megvizsgáltunk ezekre a jelekre, és arra jutottunk, hogy csakis pentakvark-állapotok magyarázhatják őket

– mondta a kutatásban résztvevő Tomasz Skwarnicki, hozzátéve, hogy a megfigyelt állapotokat két felkvark, egy lekvark, egy bájos kvark és egy antibájos kvark kapcsolódása hozta létre.

A pentakvarkok létezését már az amerikai Murray Gell-Mann 1964-es kvarkmodellje is megengedte. Az utóbbi másfél évtizedben számos kutatás próbálta bizonyítani a létezésüket, de mindeddig nem született igazán meggyőző eredmény ezen a téren. A mostani kutatás az eddigieknél több szemszögből volt képes keresni a pentakvarkokat. A CERN közleményének hasonlata szerint az eddigi kísérletek körvonalak után kutattak a sötétben, míg az LHCb felkapcsolt villanynál vizsgálódhatott.

A következő lépcsőben a kvarkok összekapcsolódásának módját vizsgálják majd, amely lehet lazább, vagy akár szorosabb is, hasonlóan a protonok és neutronok kapcsolódási módjaihoz.

A kutatást bemutató tanulmány a Physical Review Letters nevű folyóiratban jelent meg, de itt is olvasható.

Borítókép: Richard Juilliart / AFP