Pentaquark

Un pentaquark este o particulă subatomică formată din cinci quarkuri care a fost prezisă de teoreticieni în 1997.

Căutarea de pentaquark (și tetraquark ) a devenit un subiect de studiu în sine în fizica experimentală și au fost produse mai multe pentaquark-uri la LHC , tip c c qqq.

Istoric

Existența pentaquark-urilor a fost prezisă inițial de Maxim Polyakov , Dmitri Diakonov (de) și Victor Petrov de la Institutul de Fizică Nucleară din Sankt Petersburg (ru) în 1997 ; dar teoria lor a fost întâmpinată cu scepticism .

Cu toate acestea, un nou grup, cel al barionilor exotici , a fost introdus în clasificarea particulelor după descoperirea lor. Acest grup conține pentaquark și alte particule similare.

Mai multe experimente ar fi evidențiat existența pentaquark-urilor:

Le - ar fi fost primul care trebuie respectate, în 2003 , și are o masă de aproximativ 1,540 MeV . Aceste rezultate sunt totuși controversate. Se spune că pentaquarkul a fost observat pentru prima dată $\ Theta ^ {+}$ $\ Theta ^ {+}$ 14 ianuarie 2003de Takashi Nakanon (ja) de la Universitatea din Osaka . Experimentul a fost confirmat de Kenneth Hicks de la Jefferson Lab . Anunțul oficial a fost publicat în revista Physical Review Letters pe4 iulie 2003. Experimentul a implicat face o mare energie cu raze gamma interacționează cu un proton și un neutron , creând o K- mezon - și un pentacuarc , The . Acesta din urmă a durat aproximativ 10 -20 secunde înainte de a se transforma într-un meson K + și un neutron. $[ud] [ud] {\ bar s}$ $\ Theta ^ {+}$ Articolul din 2017 specifică: „ Experiment SPring-8 (în) în Japonia, o particulă interpretată ca un pentaquark cu o masă de 1,6 ori mai masivă decât un proton (conform calculului din 1997) și o durată de viață de ordinul a 10 −23 secunde . Acum este foarte puțin probabil să fie într-adevăr un pentaquark ” ${\ displaystyle [uu] [dd] {\ bar {s}}}$ $\ Theta ^ {+}$ .
17 martie 2004, primul pentaquark care conține un quark de farmec , le , ar fi fost observat folosind acceleratorul german de particule HERA . $\ Theta _ {c} ([ud] [ud] {\ bar c})$ Aceste rezultate au fost puse la îndoială în 2005 de cercetătorii de la Jefferson Lab care nu au reușit să detecteze particula, în ciuda unei precizări statistice de zece ori mai mari decât cercetările întreprinse de laboratorul lor și de alții în 2004. Mai mult, în analiza înregistrării anterioare care i-a determinat să afirme existența pentaquarkului, fizicienii ajuns la concluzia că semnalul se distinge foarte slab de zgomotul de fond.
14 iulie 2015, CERN anunță oficial că datele furnizate de LHCb detectorul de Large Hadron Collider a făcut posibilă pentru a observa particule compuse din cinci quarci (două în sus , unul în jos , un farmec și un anti - farmec ) și taxa de 1, în timpul dezintegrării a barionului . ${\ displaystyle [uc] [{\ bar {c}} u] d}$ ${\ displaystyle (\ Lambda ^ {0}) _ {b}}$
5 iunie 2019, colaborarea LHCb publică descoperirea a trei noi stări ale aceluiași pentaquark, cu mase 4.312, 4.440 și 4.457 MeV . Toate cele trei sunt alcătuite din două quarkuri sus , un puf , un farmec și un anticarm , dar care ar fi organizate diferit.

Caracteristici și structură

Organizarea internă a pentaquark-urilor este supusă dezbaterii.

Pentru unii teoreticieni, un pentaquark este pur și simplu, ca un barion sau un mezon , un set nestructurat de quarkuri legate de schimbul de gluoni .
Pentru alții, un pentaquark este format din doi diquarks (ro) și un antiquark . Deci, numărul barionic al unui pentaquark este: ${\ displaystyle q = 2 \ times \ left ({\ frac {2} {3}} - {\ frac {1} {3}} \ right) + \ operatorname {opp} \ left (- {\ frac {1 } {3}} \ right) = 1}$ .
O a treia ipoteză, numită „moleculară”, este că un pentaquark este alcătuit dintr-un barion (trei quarcuri legate prin schimbul de gluoni) și dintr-un mezon (un quark și un antiquark legate prin schimbul de gluoni). schimbul de pi mezoni . Descoperirea prin experimentul LHCb a trei stări noi ale aceluiași pentaquark confirmă această ipoteză: pe de o parte, masele corespunzătoare acestor trei stări sunt puțin mai mici decât suma maselor unui barion și a unui mezon (sau a unui mezon). într-o stare excitată, în funcție de caz), semnul unei legături barion-mezon și, pe de altă parte, confinarea quarcului fermecat și a antiparticulei sale în două seturi separate (barionul și respectiv mezonul) ar explica faptul că nu vă anihilați reciproc.

Listare

Pentaquarcurile observate sau prezise de teorie sunt:

Nume (compoziție)	Stat	Masă (incertitudine) MeV
$\ Theta ^ {+} ([ud] [ud] {\ bar s})$	Observat	1.539 (95)
$\ Theta _ {c} ([ud] [ud] {\ bar c})$	Observat, neconfirmat	2 977 (109)
$\ Xi ^ {{-}} ([ds] [ds] {\ bar u})$	Observat	1.826 (87)
$N ^ {+} ([ud] [ud] {\ bar d})$	Ar putea corespunde rezonanței Roper N (1440) P11	1.460 (51)
$N_ {c} ^ {-} ([ud] [ds] _ {+} {\ bar c})$	Ipotetic	3 180 (69)
$N_ {c} ^ {0} ([ud] [noi] _ {+} {\ bar c})$	Ipotetic	3 180 (69)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {{-}} ([ds] [ds] {\ bar c})$	Ipotetic	3.650 (95)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {-} ([ds] [noi] _ {+} {\ bar c})$	Ipotetic	3.650 (95)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {0} ([noi] [noi] {\ bar c})$	Ipotetic	3.650 (95)
$T_ {c} ^ {-} ([ud] [ds] _ {-} {\ bar c})$	Ipotetic	2.785 (46)
$T_ {c} ^ {0} ([ud] [noi] _ {-} {\ bar c})$	Ipotetic	2.785 (46)
$T _ {{cs}} ^ {-} ([noi] [ds] _ {-} {\ bar c})$	Ipotetic	între 2.580 și 2.910 $\ simeq$ $\ simeq$
$\ Theta _ {b} ([ud] [ud] {\ bar b})$	Ipotetic	între 6.050 și 6.400 $\ simeq$ $\ simeq$
${\ displaystyle? \ ([duc] [u {\ bar {c}}])}$	Observat	4.312, 4.440 și 4.457

A fost propusă existența altor pentaquarkuri străine, de exemplu, care conțin doi quarks și un antiquark . $s$ ${\ ghimpe}$

Note și referințe

Note

c: quark fermecat , c : antiquark fermecat, q: quark ușor .
În realitate, statele de la 4.440 și 4.457 MeV înlocuiesc statul la 4.450 MeV anunțat în 2015.

Referințe

Georg Wolschin „ De la quarks la pentaquarks ” Pentru știință , nr . 471,ianuarie 2017, p. 27.
Wolschin 2017 , p. 27.
(în) „ LHC ca o fabrică mare de descoperire de hadroni ” pe LHC ,3 martie 2021(accesat la 3 iunie 2021 ) .
(în) T. Nakano (ja) și colab. , „ Evidence for a Narrow $S = + 1$ Barion Resonance in Photoproduction from the Neutron ” , Physical Review Letters , vol. 91, nr . 1,3 iulie 2003, Articolul nr . 012002 ( DOI /10.1103/PhysRevLett.91.012002 , citit online [PDF] , accesat la 3 iulie 2021 ).
Wolschin 2017 , p. 26 și 28.
(în) „ 14 iulie 2015: Observarea particulelor compuse din cinci quarks ” pe pagina oficială a LHCb ,14 iulie 2015.
„ CERN: prima observație concludentă a pentaquarkurilor ” , Le Temps (accesat la 14 iulie 2015 ) .
(en) R. Aaij și colab. (Colaborare LHCb), „ Observarea unei stări înguste de pentaquark, $P c (4312) +$ și a structurii cu două vârfuri a $P c (4450) +$ ” , Physical Review Letters , vol. 122,5 iunie 2019, articolul nr . 222001 ( DOI / 10.1103 / PhysRevLett.122.222001 , citit online [PDF] , accesat la 7 iunie 2019 ).
(în) Adrian Cho, „ Noii pentaquark-uri indică grădina zoologică a materiei exotice ” , Știință , vol. 364, nr . 6444,7 iunie 2019, p. 917.

Vezi și tu

Bibliografie

Georg Wolschin, „ De la quarks la pentaquarks ”, Pour la science , nr . 471,ianuarie 2017, p. 20-28.