Kvarky, zatiaľ najmenšie objavené častice, ktoré tvoria všetko hmatateľné vo vesmíre, zostávajú pre fyzikov záhadou aj po polstoročí od prvého výskumu, ktorý ich existenciu teoreticky naznačil. Od roku 1964 však vedci vo výskumoch pokročili a dnes tak o kvarkoch vieme aspoň niečo. Najnovšie objavili vedci zo švajčiarskeho CERN-u exotickú časticu, ktorú ešte nikdy predtým nevideli – takzvaný tetrakvark, píše portál Science Alert.

Všetka hmota vo vesmíre je zložená z atómov. V 19. storočí vedci verili, že atóm sa ďalej nedá deliť, no pokusy E. Rutherforda z roku 1909 túto teóriu vyvrátili. Dnes vieme, že atómy sa skladajú z menších subatomických častíc známych ako protóny, neutróny a elektróny. To však ešte stále nie je koniec, pretože aj tie sa ďalej skladajú zo zatiaľ najmenších objavených elementárnych častíc – kvarkov.

Kvarky sú usporiadané do zložených častíc zvaných hadróny, ktoré sa delia na mezóny, pozostávajúce z jedného kvarku a z jedného antikvarku, a baryóny, pozostávajúce z troch farebných kvarkov. Medzi mezóny tak patria častice ako Pión, Kaón, Elta C a B-nula. K známym baryónom naopak radíme častice ako protóny a neutróny. Okrem nich však poznáme aj exotické hadróny.

Príklad baryónu zloženého z dvoch c kvarkov a jedného u kvarku. Zdroj: Daniel Dominguez, CERN.

Ako exotické hadróny označujeme napríklad tetrakvark, pentakvark a dodnes hypotetický dibaryón. Tetrakvarky sa skladajú z dvoch kvarkov a dvoch antikvarkov, penta kvarky zo štyroch kvarkov a jedného antikvarku a dibaryóny zo šiestich kvarkov. To, že sú tieto hadróny označované ako exotické, má jednoduché zdôvodnenie. Tieto častice sa vyskytujú veľmi ojedinele, čoho dôkazom je aj fakt, že samotná existencia tetrakvarkov bola dokázaná len pred niekoľkými rokmi.

Tentoraz však boli vedci v rámci projektu LHCb schopní pozorovať konfiguráciu nového tetrakvarku, ktorý je hneď v dvoch veciach výnimočný. Skladá sa zo štyroch kvarkov rovnakého druhu, pričom všetky patria medzi ťažké kvarky.

„Častice zložené zo štyroch kvarkov sú už exotické a tá, ktorú sme práve objavili, je prvá, ktorá sa skladá zo štyroch ťažkých kvarkov rovnakého typu, konkrétne z dvoch pôvabných kvarkov a dvoch pôvabných antikvarkov,“ vysvetľuje fyzik Giovanni Passaleva z talianskeho Národného inštitútu pre nukleárnu fyziku.

CERN / Maximilien Brice

„Dodnes sme počas experimentov pozorovali len tetrakvarky s jedným, prípadne s dvomi ťažkými kvarkami. Taktiež sme v tetrakvarku nikdy nevideli viac ako dva kvarky rovnakého druhu,“ doplnil Passaleva. Neobyčajná častica bola objavená pri spätnej analýze dát zozbieraných z veľkého hadrónového urýchľovača medzi rokmi 2009 – 2013 a 2015 – 2018.

Tím analyzoval tieto dáta pomocou novej techniky určenej na hľadanie nových častíc, ktorá sa zameriava na hľadanie excesu v udalostiach, pri ktorých dochádza k zrážkam. Vedci našli tento exces pre typ častice nazývanej J/ψ mezón, ktorý pozostáva z dvoch kvarkov – pôvabného kvarku a pôvabného antikvaru.

Objav, ktorý by mohol rozuzliť oveľa väčšie záhady

J/ψ mezóny sú, rovnako ako všetky mezóny, nestabilné. To znamená, že sa rozpadajú za menej ako zeptosekundu, kvôli čomu je ich náročné priamo detegovať. Ich prítomnosť môžeme zistiť len nepriamo na základe miónov, na ktoré sa J/ψ mezóny rozpadajú. Tím vedcov ale spozoroval takzvané „sprchy miónov“, ktoré boli až príliš energické na to, aby šlo o jednoduchý rozpad J/ψ mezónov.

Zobraziť celú galériu (1)

Príklad tridentného rozpadu J/ ψ mezónu. Zdroj: SLAC/NOVA

Vedci si tak v tomto štádiu ešte stále nemôžu byť istí, či pozorovaná častica bola skutočne tetrakvarkom, zloženým zo štyroch pevne prepojených kvarkov. Existuje totižto aj možnosť, že šlo len o dvojicu slabo previazaných mezónov a dokonca existujú dohady, že aj pentakvarky či dibaryóny vôbec neexistujú a skôr ide len o viacero slabo prepojených párov častíc, ako o jednu časticu so silne prepojenými kvarkami.

Objavenie väčšieho množstva exotických častíc by mohlo pomôcť odhaliť toto tajomstvo, čo následne vrhne viac svetla na takzvanú silnú jadrovú interakciu, ktorá viaže kvarky na protóny a neutróny, čo vlastne umožňuje existenciu samotnej hmoty. V časticovej fyzike existuje totižto ešte obrovské množstvo neprebádaných javov a dúfame, že tento nový objav prispeje k ich objasneniu.