Trojni valcer nove čestice

Izvor: CERN/Daniel Dominguez

Na konferenciji Evropskog društva za fiziku (European Physical Society, EPS) fizike visokih energija koja se održava 5.-12. juli 2017. u Veneciji, naučnici iz CERN-a koji vode LHCb eksperiment objavili su postojanje nove čestice. Nova čestica je barion, što znači da se radi o kompozitnoj, a ne elementarnoj čestici i srodna je neutronima i protonima, kompozitnim česticama koje mnogo bolje poznajemo. Barioni su čestice koje se sastoje od tri kvarka, pri čemu se proton sastoji od dva gornja (up) i jednog donjeg (down) kvarka, a neutron se sastoji od dva donja i jednog gornjeg kvarka. Osim ovih, laganih kvarkova, postoje još 4 okusa kvarkova - vršni (top), dubinski (bottom), čarobni (charm) i strani (strange) te je za očekivati da i ovi kvarkovi grade neke kompozitne čestice.  

Kvarkovi se ujedinjuju u hadrone, kompozitne čestice na koje djeluje jaka sila i kojih ima 2 vrste: barioni, poput protona i neutrona koji se sastoje od 3 kvarka i mezoni, koji se sastoje od 1 kvarka i 1 antikvarka. Postoje i tetrakvarkovi i pentakvarkovi, ali kada govorimo o nima postoji mogućnost da se radi i o sistemima primjerice jednog mezona i jednog bariona. 

Novootkriveni hadron je bio predviđen teorijom sa sastoji se od dva čarobna (charm) i jednog gornjeg kvarka. Ime ove čestice je Ξcc++ tj. Xi-cc++ (čitati: Ksi-ce-ce plus plus) i to je zapravo fermion mase oko 3600 MeV na koji djeluje jaka sila. Radi se o prilično stabilnoj formaciji koja je, prema teoriji kvantne hromodinamike, bez boje (naravno ovdje se ne radi o pravim bojama). 

Prema riječima profesora Daniela Denegrija sa CERN-a, novi Ksi nije potpuno stabilan kao proton jer se čarobni kvark raspada veoma brzo, u oko 10 E -12 sekundi, posredstvom slabih sila, ali to je vrlo dugo vrijeme na nuklearnoj skali  Pošto je čarobni kvark sam po sebi mnogo teži od gornjeg i donjeg kvarka (ima oko1600 Mev), to je i Xi-cc težak I vjerovatno liči na sistem od dva teška čarobna kvarka koji brzo rotiraju jedan oko drugog. Denegri to slikovito predstavlja kao tango dva čarobna kvarka, dok lagani gornji kvark “pleše” oko ove dvojice malo podalje, "kao u engleskom valceru"!

Sve skupa te tri elementarne čestice u Ksi barionu su jedan vezani sistem dimenzija oko jedan fermi. Naučnici smatraju kako mora postojati i jedna sestrinska čestica sa donjim kvarkom umjesto gornjeg kvarka, ali ta još nije pronađena. To će biti idući cilj traženja. 

Update: izašao je rad koji potvrđuje detekciju ovog zanimljivog bariona. Rad je objavljen 11. septembra 2017. godine, godine u Physical Review Letters, pod naslovom Observation of the Doubly Charmed Baryon 

${\Xi }_{cc}^{++}$