برخورددهنده هادرونی بزرگ سه ذره قبلاً دیده‌نشده را آشکار کرده است
فیزیک‌دانان گزارش داده‌اند که در داده‌های برخورددهندهی بزرگ هادرونی اروپا به شواهدی درباره‌ی سه ترکیب از کوارک‌هایی دست یافته‌اند که پیش‌از‌این مشاهده نشده بودند. این گزارش‌ها و مشاهده‌ها درست در زمانی منتشر شدند که بزرگ‌ترین برخورددهندهی ذرات جهان دور جدیدی از آزمایش‌ها را با انرژی زیادی آغاز کرده است.
سه نوع ذره‌ی عجیب تازه‌کشف‌شده کاملاً با مدل استاندارد سازگار هستند. مدل استاندارد به نظریه‌ای اطلاق می‌شود که در چند دهه‌ی اخیر، برای توصیف ساختار اتم‌ها استفاده شده است. این سه ذره عبارت‌اند از: دو ترکیب چهارکوارکی معروف به تتراکوارک به‌اضافه‌ی یک واحد پنج‌کوارکی به نام پنتاکوارک.
درمقابل، دانشمندان امیدوار‌‌‌ند که اجرای فعلی LHC شواهدی از فیزیکی به‌دست آورد که فراتر از مدل استاندارد است تا ماهیت پدیده‌های مرموز مانند ماده تاریک را توضیح دهد. چنین شواهدی می‌تواند به شناسایی آرایه‌های جدیدی از ذرات زیراتمی یا حتی ابعاد اضافی در جهان ما منتهی شود.
LHC به‌مدت سه سال و برای ارتقای سیستم‌های آن برای مدیریت سطوح بی‌سابقه از انرژی تعطیل شده بود. این دوران توقف کار سرانجام در ماه آوریل (اواسط بهار سال جاری) به‌پایان رسید و از آن زمان، دانشمندان و مهندسان مرکز تحقیقات سرن در مرز فرانسه و سوئیس در حال آمادگی برای ازسرگیری فعالیت‌های علمی امروز بوده‌اند.
مرکز کنترل سرن هم‌زمان با آغاز سومین دور از فرایند جمع‌آوری و تجزیهوتحلیل داده، شاهد هیاهوی خاصی برای رخدادی ویژه هم بود. فابیولا جیانوتی، مدیر‌کل سرن، در جریان پخش اینترنتی امروز اعلام کرد: «این لحظه‌ای جادویی است. ما به‌تازگی برخوردهایی با انرژی بی‌سابقه‌ی ۱۳/۶ ترا‌الکترون ولت داشتیم و این امر دوره‌ی جدیدی از اکتشافات را در سرن آغاز خواهد کرد.»
به‌گفته‌ی جیانوتی، انتظار می‌رود که دانشمندان LHC طی دور سوم از فعالیت مرکز، به‌اندازه‌ی مجموع داده‌های جمع‌شده در سیزده سال فعالیت سرن در دو دوره‌ی پیشینش، داده جمع‌آوری کنند. او توضیح می‌دهد: «این امر فرصت‌های ما را برای کشف یا درک قوانین اساسی جهان افزایش می‌دهد.» حلقه‌ی ۲۷ کیلومتری از آهن‌رباهای ابررسانا و آشکارسازهای ذرات قرار است در طول دور سوم فعالیت سرن به‌مدت تقریباً چهار سال و به‌صورت شبانه‌روزی کار کنند.
درست ده سال و یک روز پیش از خبر مهم امروز (۶ جولای ۲۰۲۲) سرن، فیزیک‌دانان LHC خبر بزرگ‌ترین کشف خودشان تا به آن روز را به جهانیان اعلام کرده بودند: شواهدی برای وجود بوزون هیگز، ذره‌‌ای زیراتمی که به توضیح پدیده‌ی جرم کمک می‌کند.
اگرچه سه نوع جدید ذرات زیراتمی که امروز در سمینار سرن درباره‌شان توضیح داده شد ازنظر تازگی و نمایان‌سازی جنبه‌های پنهان علمی در سطح کشف بوزون هیگز نیستند، شناسایی آن‌ها قطعاً این نوید را به ما می‌دهد که LHC هنوز‌هم در مسیر کشف بلوک‌های سازنده‌‌ی ناشناخته‌ی دنیای زیراتمی توانایی‌های زیادی دارد و دنیای علم هنوز‌هم می‌تواند روی این توانایی حساب ویژه‌ای باز کند.
برخورددهندهی بزرگ هادرونی پروتون‌ها را با سرعتی نزدیک به سرعت نور با یکدیگر تصادم می‌دهد تا ترکیب کوارک‌هایی شناخته‌شده به نام هادرون بررسی شوند. نیلز تیونینگ، هماهنگ‌کننده‌ی فیزیکی آشکارساز LHCb، در بیانیه‌ای خبری گفت:
هرچه تجزیه‌وتحلیل‌های بیشتری انجام دهیم، انواع هادرون‌های عجیبوغریب بیشتری پیدا می‌کنیم. ما شاهد دوره‌ای از اکتشافات مشابه دهه‌ی ۱۹۵۰ هستیم؛ زمانی‌که «باغ‌وحش ذراتی» از هادرون‌ها یک‌به‌یک کشف می‌شدند و این کشف‌ها درنهایت به مدل کوارکی هادرون‌های معمولی در دهه‌ی ۱۹۶۰ منجر شد. هم‌اکنون، در حال ایجاد دومین باغ‌وحش هستیم!
کریس پارکز، سخن‌گوی LHCb، می‌گوید مطالعه‌ی ترکیب‌های جدید کوارک‌ها به نظریه‌پردازان کمک می‌کند تا مدل یکپارچه‌ای از هادرون‌های عجیبی ایجاد کنند که ماهیت دقیقشان تا حد زیادی ناشناخته است.
- ده سال پس از کشف بوزون هیگز؛ چرا ذره خدا می‌تواند قلمرو فیزیک را به فراتر از مدل استاندارد ببرد؟
- ۱۰ راز کیهانی که برخورددهنده هادرونی بزرگ می‌تواند آشکار کند
بیشتر هادرون‌ها چندان هم عجیب و ناشناخته نیستند. به‌عنوان مثال، پروتون‌ها و نوترون‌ها از سه کوارک متصل به‌هم تشکیل شده‌اند. بد نیست اشاره کنیم که منشأ کلمه‌ی کوارک به خطی از فینگان ویک اثر جیمز جویس و عبارت معروفی در آن به‌صورت Three quarks for Muster Mark! برمی‌گردد. پیون‌ها (نوعی از ذرات زیراتمی) نیز ترکیبات دو‌کوارکی به‌شمار می‌روند و ماهیت آن‌ها نیز برای دانشمندان تا حدی آشکار و مشخص شده است.
بااین‌حال، ترکیب‌های چهارکوارکی و پنج‌کوارکی بسیار نادرتر هستند و تصور می‌شود قبل از تجزیه‌شدن به انواع مختلف ذرات، فقط برای لحظه‌ای خاص و محدود وجود داشته باشند. کوارک‌ها در شش مزه مختلف وجود دارند: بالا و پایین، سر و ته، افسون و شگفت.
تیم LHCb فرایند تجزیه‌شدن مزون‌های B با بار منفی را تجزیهوتحلیل و شواهدی مبنی‌بر وجود پنتاکوارکی متشکل از یک کوارک افسون و یک آنتی‌کوارک افسون به‌علاوه‌ی یک کوارک بالا و یک کوارک پایین و یک کوارک شگفت را مشاهده کردند. این اولین پنتاکوارک مشاهده‌شده در تاریخ با یک کوارک شگفت محسوب می‌شود.
دو تتراکوارک تازه‌شناسایی‌شده شامل ترکیبی از چهار کوارک دارای بار الکتریکی مضاعف هستند: یک کوارک افسون، یک آنتی‌کوارک شگفت، یک کوارک بالا و یک آنتی‌کوارک پایین. تتراکوارک مذکور در ترکیب با همتای خنثی خود شامل یک کوارک افسون، یک آنتی‌کوارک شگفت، یک آنتی‌کوارک بالا و یک کوارک پایین مشاهده شد. بنابر اعلام سرن، این نخستین‌باری است که یک جفت تتراکوارک با‌هم مشاهده می‌شوند.
برخی از مدل‌های تئوری، هادرون‌های عجیب را به‌عنوان واحدهای منفرد از کوارک‌های به‌هم پیوسته تجسم می‌کنند. گروهی دیگر آن‌ها را به‌عنوان جفت‌هایی از هادرون‌های استاندارد در نظر می‌گیرند که به‌طور سست و مشابه با نحوه‌ی اتصال اتم‌ها با همدیگر در مسیر تشکیل مولکول‌‌ها به یکدیگر متصل شده‌اند. درنهایت، فقط زمان و مطالعات بیشتر روی هادرون‌های عجیبوغریب نشان خواهد داد که آیا این ذرات یکی هستند یا خیر.
