თითქმის 50 წლის განმავლობაში ვარაუდობდნენ, რომ სუბატომურ ფიზიკაში ჩვენი ამჟამინდელი ცოდნის მიღმა არსებობს მნიშვნელოვანი ნაწილაკი, მაგრამ ამის დამტკიცება რთული იყო.

თუმცა სიტუაცია უკვე შეიცვალა, რადგან მეცნიერთა განცხადებით, მათ აღმოაჩინეს პენტაკვარკი, რომლის არსებობაც პირველად 1960-იან წლებში იწინასწარმეტყველეს. 50 წლიანი ძებნის შემდეგ ნაწილაკის აღმოჩენა მოხერხდა ცერნში, დიდი ადრონული კოლაიდერით ჩატარებულ LHCb (Large Hadron Collider beauty) ექსპერიმენტში.

ყველაზე მნიშვნელოვანი ისაა, რომ ამ აღმოჩენის მიხედვით, შეიძლება არსებობდეს მატერიის ახალი ტიპი – მიუხედავად იმისა, რომ ის მხოლოდ 0.0000000000000000000000000000000001 წამის განმავლობაში არსებობს, შემდეგ კი იშლება.

„პენტაკვარკი უბრალოდ ახალი ნაწილაკი არაა”, აღნიშნა LHCb-ის წარმომადგენელმა გაი ვილკინსონმა განცხადებაში. „მისი თვისებების შესწავლა შეიძლება დაგვეხმაროს იმის გაგებაში, როგორ იქმნება ჩვეულებრივი მატერია, პროტონები და ნეიტრონები, რომლისგანაც ჩვენ ყველანი შევდგებით.”

პენტაკვარკი შედგება ხუთი კვარკისგან, რომლებიც ამჟამად ცნობილი ნაწილაკებიდან ყველაზე პატარები არიან. სხვადასხვა კომბინაციებში ისინი წარმოქმნიან უფრო დიდ ნაწილაკებს. მაგალითად, სამი კვარკის ერთობლიობა ცნობილია, როგორც ბარიონები, სადაც პროტონი და ნეიტრონიც შედის.

გასულ წელს ცერნის მეცნიერებმა განაცხადეს, რომ აღმოაჩინეს პირველი ოთხკვარკიანი ნაწილაკი, ტეტრაკვარკი, სახელად Z(4430). ამჟამინდელი აღმოჩენა მას ჩრდილში აყენებს და შესაძლოა, ფიზიკის აქამდე უცნობი მხარე წარმოაჩინოს.

„ეს მნიშვნელოვანი აღმოჩენაა, რადგან აჩვენებს, რომ მატერიის ახალი მდგომარეობა არსებობს”, განაცხადა სირაკუზას უნივერსიტეტის პროფესორმა შელდონ სტოუნმა, რომელმაც კოლეგებთან ერთად მოახდინა შედეგების ანალიზი ფიზიკის განხრით. „მიუხედავად იმისა, რომ პენტაკვარკის მდგომარეობას შესაძლებლად თვლიდნენ კვარკის მოდელის შექმნიდანვე, რაც პროტონის მსგავსი ბარიონების სტრუქტურის ამხსნელი თეორიაა, მანამდე ასეთი ნაწილაკები არასდროს უნახავთ.”

აღმოჩენის ავტორმა სამეცნიერო ჯგუფმა კვლევის შედეგები გამოაქვეყნა სამეცნიერო ჟურნალში „Physical Review Letters”, თუმცა აღმოჩენის დადასტურების საკითხში თავიდან ძალიან ფრთხილობდნენ. პენტაკვარკის წინამორბედი „აღმოჩენები”, როგორიც იყო მაგალითად 2005 წელს, შემდგომში მცდარი აღმოჩნდა.

„დიდი ადრონული კოლაიდერისგან მიღებული მასშტაბური ინფორმაციითა და ჩვენი დეტექტორის არაჩვეულებრივი სიზუსტის მეშვეობით გადავამოწმეთ ამ სიგნალებთან დაკავშირებული ყველა შესაძლებლობა და დავასკვენით, რომ მათი ახსნა მხოლოდ პენტაკვარკის მდგომარეობით შეიძლება”, აღნიშნა LHCb-ის ფიზიკოსმა, სირაკუზის უნივერსიტეტის ფიზიკოსმა ტომაშ სკვარნიცკიმ.

პენტაკვარკები აღმოაჩინეს ბარიონების, სახელად Lambda b-ს დაშლაზე დაკვირვებით, რა დროსაც ის სამ ნაწილაკად იყოფა: J/ψ მეზონი, პროტონი და დამუხტული კაონი. ისინი შედგებიან ოთხი კვარკისა და ანტიკვარკისგან, რომელიც რეგულარული კვარკის ანტიმატერიულ ვარიანტს წარმოადგენს იგივე მასითა და საპირისპირო მუხტით.

არსებობს კვარკების ექვსი ტიპი (იგივე „არომატი”), რაც განსაზღვრავს მათ მასას, მუხტსა და სპინს (ბრუნს). ბოლო მახასიათებელი არ აღნიშნავს ღერძის გარშემო ბრუნვას, არამედ მაგნიტურ ველსა და სხვა თვისებებს მართავს. კვარკის „არომატებია” ზედა, ქვედა, მომხიბლავი, უცნაური, უმაღლესი და უდაბლესი. პენტაკვარკი შედგება ორი ზედა, ერთი ქვედა, ერთი მომხიბლავი და ერთიც ანტიმომხიბლავი კვარკებისგან.

აღმოჩენა გაკეთდა დიდი ადრონული კოლაიდერის ექსპერიმენტების პირველი სერიიდან. შემდეგ ექსპერიმენტებში კოლაიდერი მეტ ენერგიას წარმოქმნის და მკვლევარები შეეცდებიან მოიძიონ უფრო მეტი ინფორმაცია პენტაკვარკზე და იმაზე, თუ როგორ ურთიერთობენ ისინი სხვა სუბატომურ ნაწილაკებთან.

iflscience.com