Oamenii de știință au descoperit patru particule noi. De ce sunt mai importante decât pare la prima vedere

Oamenii de știință au descoperit patru particule noi. De ce sunt mai importante decât pare la prima vedere

Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (Cern) tocmai a anunțat descoperirea a patru particule noi la Large Hadron Collider (LHC) din Geneva. Aceasta înseamnă că LHC a găsit acum un total de 59 de particule noi, în plus față de Higgs, câștigător al premiului Nobel, în 2009.

În mod interesant, în timp ce unele dintre aceste noi particule erau așteptate pe baza teoriilor stabilite, unele sunt cu totul mai surprinzătoare.

Obiectivul LHC este de a explora structura materiei la cele mai scurte distanțe și cele mai mari energii sondate vreodată în laborator – testând cea mai bună teorie a naturii actuale: modelul standard de fizică a particulelor. Și LHC a făcut asta – a permis oamenilor de știință să descopere bosonul Higgs, ultima piesă lipsă a modelului. Acestea fiind spuse, totuși, teoria este încă departe de a fi pe deplin înțeleasă.

Una dintre caracteristicile sale cele mai dificile este descrierea forței puternice care ține împreună nucleul atomic. Nucleul este alcătuit din protoni și neutroni, care sunt la rândul lor compuși din trei particule minuscule numite quarcuri. Dacă am opri forța pentru o secundă, toată materia s-ar dezintegra imediat – o stare care a existat pentru o clipă trecătoare la începutul universului.

De ce este importantă descoperirea de particule noi

Teoria interacțiunii puternice, numită pretențios „cromodinamică cuantică”, are o bază foarte solidă. Descrie modul în care quarcurile interacționează prin forța puternică prin schimbul de particule numite gluoni. Aceștia sunt analogi ai fotonului mai familiar, particula de lumină și purtătoare a forței electromagnetice.

Cu toate acestea, modul în care interacționează gluonii cu quarcurile face ca forța să se comporte foarte diferit de electromagnetism. În timp ce forța electromagnetică devine mai slabă pe măsură ce îndepărtezi două particule încărcate, forța puternică devine, de fapt, mai puternică pe măsură ce îndepărtezi două quarcuri. Drept urmare, quarkurile sunt închise pentru totdeauna în interiorul particulelor numite hadroni – particule formate din două sau mai multe quarquri – care includ protoni și neutroni. Cu excepția cazului în care, desigur, le spargi la viteze incredibile, așa cum se face la Cern.

Pentru a complica lucrurile în continuare, toate particulele din modelul standard au antiparticule care sunt aproape identice cu ele însele, dar cu sarcina opusă (sau altă proprietate cuantică). Dacă scoți un quark dintr-un proton, forța va fi, în cele din urmă, suficient de puternică pentru a crea o pereche quark-antiquark, cu quarkul nou creat intrând în proton. Vei ajunge cu un proton și un nou „mezon”, o particulă făcută dintr-un quark și un antiquark. Acest lucru poate suna ciudat, dar conform mecanicii cuantice, care guvernează universul pe cea mai mică scară, particulele pot ieși din spațiul gol.

Am putea afla mai multe despre univers

Acest lucru a fost demonstrat în mod repetat de experimente – nu există niciodată un quark singuratic. O caracteristică neplăcută a teoriei este că calculele a ceea ce ar fi un proces simplu în electromagnetism pot ajunge să fie imposibil de complicate.

Pentru o lungă perioadă de timp, în experimente s-au văzut doar barioni și mezoni. Dar în 2003, experimentul Belle din Japonia a descoperit o particulă care nu se potrivea nicăieri. S-a dovedit a fi primul dintr-o serie lungă de tetraquarcuri.

Apoi, în 2015, experimentul LHCb de la LHC a descoperit doi pentaquark. Cele patru particule noi care au fost descoperite recent sunt toate tetraquarkuri. Toate aceste obiecte sunt particule în același mod în care protonul și neutronul sunt particule. Dar ele nu sunt particule fundamentale: quarcurile și electronii sunt adevăratele elemente de bază ale materiei.

Aceste noi particule descoperite sunt de studiat. Ele ne spun ceea ce natura consideră acceptabil ca o combinație legată de quarkuri, chiar dacă numai pentru perioade foarte scurte.

Aceste modele sunt cruciale pentru a atinge obiectivul final al LHC: găsirea fizicii dincolo de modelul standard. În ciuda succeselor sale, modelul standard nu este cu siguranță ultimul cuvânt în înțelegerea particulelor. De exemplu, este incompatibil cu modelele cosmologice care descriu formarea universului.

LHC caută noi particule fundamentale care ar putea explica aceste discrepanțe. Aceste particule ar putea fi vizibile la LHC, dar ascunse în fundalul interacțiunilor cu particule. Sau ar putea apărea ca mici efecte mecanice cuantice în procesele cunoscute.

În ambele cazuri, este nevoie de o mai bună înțelegere a acestei teorii. Cu fiecare progres, ne îmbunătățim cunoștințele despre legile naturii, conducându-ne la o mai bună descriere a celor mai fundamentale proprietăți ale materiei.

Citește și: