Large Hadron Collider findet Hinweise auf 3 nie zuvor gesehene Teilchen

Physiker sagen, sie hätten Beweise in Daten aus Europa gefunden Large Hadron Collider für drei beispiellose Kombinationen von Quarks, als der weltgrößte Teilchenbrecher eine neue Reihe von Hochenergieexperimenten beginnt.

Die drei exotischen Arten von Teilchen – zu denen zwei Kombinationen aus vier Quarks, Tetraquarks genannt, sowie eine Einheit aus fünf Quarks, Pentaquark genannt, gehören, sind vollständig mit dem kompatibel Standardmodelldie jahrzehntealte Theorie, die den Aufbau von Atomen beschreibt.

Andererseits erhoffen sich Wissenschaftler vom aktuellen Betrieb des LHC Beweise für eine Physik, die über das hinausgeht Standardmodell Erklären Sie die Natur mysteriöser Phänomene wie z schwarze Materie. Solche Beweise könnten darauf hindeuten neue Anordnungen von subatomaren Teilchenoder auch weitere Dimensionen in unserem Universum.

Der LHC war drei Jahre lang abgeschaltet worden, um seine Systeme für beispiellose Energieniveaus aufzurüsten. Dieser Shutdown endete im AprilSeitdem bereiten sich Wissenschaftler und Ingenieure im Forschungszentrum CERN an der französisch-schweizerischen Grenze auf die heutige Wiederaufnahme der wissenschaftlichen Aktivitäten vor.

Das CERN-Kontrollzentrum brummte, als der LHC seine dritte Kampagne zur Datenerfassung und -analyse begann.

„Es ist jetzt ein magischer Moment“, sagte CERN-Generaldirektorin Fabiola Gianotti während der heutige Webcast. „Wir hatten gerade Kollisionen mit einer beispiellosen Energie, 13,6 Tera-Elektronenvolt, und dies eröffnet eine neue Ära der Erforschung am CERN.“

Gianotti sagte, LHC-Wissenschaftler erwarten, in diesem dritten Durchlauf so viele Daten zu sammeln, wie sie gesammelt haben seit 13 Jahren während der vorherigen zwei Durchgänge des Colliers. „Dies wird natürlich unsere Möglichkeiten zur Entdeckung oder zum Verständnis der grundlegenden Gesetze des Universums erhöhen“, sagte sie.

Der 27 Kilometer (17 Meilen) lange Ring aus supraleitenden Magneten und seine Teilchendetektoren sollen während Run 3 fast vier Jahre lang rund um die Uhr in Betrieb sein.

Der heutige Betriebsstart erfolgt 10 Jahre und einen Tag, nachdem die LHC-Physiker ihre bisher größte Entdeckung bekannt gegeben haben: Beweis für die Existenz des Higgs-Bosonsein subatomares Teilchen, das hilft, das Massenphänomen zu erklären.

Die drei neuen Arten von subatomaren Teilchen, beschrieben heute während a CERN-Seminar, sind keine Offenbarungen auf Higgs-Niveau. Aber sie deuten darauf hin, dass der LHC auf dem besten Weg ist, noch mehr nie zuvor gesehene Bausteine ​​des Universums zu entdecken.

Der Large Hadron Collider zerkleinert Protonen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit, um Kombinationen von Quarks zu untersuchen, die als bekannt sind Hadronen.

„Je mehr Analysen wir durchführen, desto mehr exotische Hadronentypen finden wir“, sagte Niels Tuning, Physikkoordinator für den LHCb-Detektor des Colliders. heißt es in einer Pressemitteilung.

„Wir sehen eine ähnliche Entdeckungsphase wie in den 1950er Jahren, als ein ‚Teilchenzoo‘ von Hadronen entdeckt wurde und schließlich in den 1960er Jahren zum Quarkmodell konventioneller Hadronen führte. Wir erschaffen den ‚Teilchenzoo‘ 2.0.“ „

LHCb-Sprecher Chris Parkes sagte, die Untersuchung neuer Kombinationen von Quarks „wird Theoretikern helfen, ein einheitliches Modell exotischer Hadronen zu entwickeln, deren genaue Natur weitgehend unbekannt ist“.

Die meisten Hadronen sind nicht so exotisch. Protonen und Neutronen beispielsweise bestehen aus drei aneinander gebundenen Quarks. (In Wirklichkeit, der Ursprung des Wortes „Quark“ geht eine Zeile zurück Finnegans Wake von James Joyce: „Three quarks for Muster Mark!“) Pionen sind Kombinationen aus zwei Quarks.

Vier- und Fünf-Quark-Kombinationen sind viel seltener und werden angenommen existieren nur für einen Moment bevor es in verschiedene Arten von Partikeln zerfällt.

Quarks gibt es in sechs verschiedenen „Geschmacksrichtungen“: High und Low, High und Low, Charm und Strange.

Das LHCb-Team analysierte die Zerfälle negativ geladener B-Mesonen und deckte die Existenz eines Pentaquarks auf, das aus einem Charmed-Quark und einem Charmed-Antiquark sowie einem Up-, Down- und Strange-Quark besteht. Es ist das erste bekannte Pentaquark, das ein seltsames Quark enthält.

Die beiden neu identifizierten Tetraquarks bestehen aus einer „doppelt elektrisch geladenen“ Kombination aus vier Quarks: einem Charm-Quark, einem Strange-Antiquark, einem Up-Quark und einem Down-Antiquark.

Dieses Tetraquark wurde in Kombination mit seinem neutralen Gegenstück entdeckt, das ein Charm-Quark, ein Strange-Antiquark, ein Up-Antiquark und ein Down-Quark aufweist. CERN sagt, dass dies das erste Mal ist, dass ein Paar Tetraquarks zusammen beobachtet wurde.

Einige theoretische Modelle visualisieren exotische Hadronen als einzelne Einheiten fest gebundener Quarks. Andere sehen sie als Paare von Standard-Hadronen, die lose aneinander gebunden sind, genauso wie Atome aneinander gebunden sind, um Moleküle zu bilden.

„Nur die Zeit und weitere Studien exotischer Hadronen werden zeigen, ob diese Teilchen das eine, das andere oder beides sind“, sagt CERN.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von veröffentlicht Universum heute. Lies es originaler Artikel.