ის, რაც უნდა იცოდეთ დაკ-ის ბოლო აღმოჩენაზე – პენტაკვარკებზე

დიდმა ადრონულმა კოლაიდერმა (დაკ), რომელიც ცნობილია ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენით, კიდევ ერთ აქამდე მიუწვდომელ და უცნაურ ნაწილაკს მიაგნო. მსოფლიოში უდიდეს ნაწილაკების ამაჩქარებელზე მომუშავე მეცნიერთა ჯგუფმა ცოტა ხნის წინ ექსპერიმენტების მეორე სერია დაიწყო, რომელშიც იყენებენ გაცილებით მეტ ენერგიას, ვიდრე 2012 წელს – ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენისას. თუმცა ერთ-ერთი ჯგუფი, LHCb (Large Hadron Collider beauty), ამუშავებდა ექსპერიმენტების პირველი სერიიდან მიღებულ ინფორმაციას მილიარდობით ნაწილაკის შეჯახების შესახებ და განცხადება გაავრცელეს ახალი რამის, პენტაკვარკების აღმოჩენის შესახებ.

პენტაკვარკი მატერიის ეგზოტიკური ფორმაა, რომელიც პირველად 1979 წელს იწინასწარმეტყველეს. ჩვენ გარშემო ყველაფერი შედგება ატომებისგან, რომლებიც წარმოადგენენ პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შემდგარი მძიმე ბირთვის გარშემო მოძრავ ელექტრონებს. თუმცა 1960-იანი წლებიდან ასევე ვიცოდით, რომ პროტონები და ნეიტრონები შედგებიან კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკებისგან, სახელად კვარკებისგან, რომლებსაც კრავს ე.წ. ძლიერი ბირთვული ძალა, ამჟამად ცნობილი ბუნების ძალებიდან ყველაზე ძლიერი.

1968 წელს ჩატარებულ ექსპერიმენტებში კვარკის მოდელის მტკიცებულებები გაჩნდა. საკმარისად მძლავრი შეჯახების შემთხვევაში პროტონების ძლიერი ბირთვული ძალა შეიძლება დაიძლიოს და ნაწილაკი დაიშალოს. კვარკის მოდელი სინამდვილეში ხსნის 100-ზე მეტი ნაწილაკის არსებობას, რომლებიც ცნობილია, როგორც ადრონები (აქედან მოდის კოლაიდერის დასახელებაც) და შედგებიან კვარკების სხვადასხვა კომბინაციისგან. მაგალითად, პროტონი სამი კვარკისგან შედგება.

ყველა ადრონი ორი ან სამი კვარკისგან შედგენილი ჩანს, თუმცა არ არსებობს რეალური მიზეზი, თუ რატომ არ შეიძლება მეტი კვარკი გაერთიანდეს და ადრონების სხვა ტიპი წარმოქმნან. სწორედ აქ ჩნდება ჰორიზონტზე პენტაკვარკი: ხუთი კვარკისგან შემდგარი ნაწილაკი. თუმცა აქამდე დაზუსტებით არავინ იცოდა, რეალურად არსებობდა თუ არა ის. გარდა ამისა, ბოლო 20 წლის განმავლობაში რამდენჯერმე განაცხადეს მის აღმოჩენაზე, თუმცა დროის გამოცდას ვერცერთმა გაუძლო.

J/ψ და პროტონი

პენტაკვარკების დანახვა წარმოუდგენლად რთულია, ისინი ძალიან იშვიათები და არასტაბილურები არიან. ეს იმას ნიშნავს, რომ თუკი 5 კვარკის გაერთიანება შესაძლებელია, დიდხანს მაინც არ დარჩებიან ერთად. LHCb ექსპერიმენტის ჯგუფმა აღმოჩენა გააკეთა შეჯახებებისას წარმოქმნილი სხვა ეგზოტიკური ადრონების დეტალური შესწავლით. უფრო კონკრეტულად, ისინი ეძებდნენ ლამბდა-b ნაწილაკს, რომელიც იშლება სამ სხვა ადრონად: კაონად, J/ψ მეზონად და პროტონად.

J/ψ შედგება ორი კვარკისგან, პროტონი კი – სამისგან. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ დროის მოკლე პერიოდში ეს ხუთი კვარკი ერთ ნაწილაკად, პენტაკვარკად იყო გაერთიანებული. უფრო მეტიც, მონაცემების დეტალური ანალიზით მათ ორი პენტაკვარკი აღმოაჩინეს და სახელად Pc(4450)+ და Pc(4380)+ უწოდეს.

რატომაა ეს აღმოჩენა მნიშვნელოვანი?

ეს აღმოჩენა პასუხს სცემს ნაწილაკების ფიზიკაში რამდენიმე ათეული წლის წინ დასმულ კითხვას და ხაზს უსვამს დიდი ადრონული კოლაიდერის მისიის სხვა მიმართულებას. ახალი ფუნდამენტური ნაწილაკის, ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენა ახალ ინფორმაციას გვაწვდის სამყაროს შესახებ. თუმცა პენტაკვარკის მსგავსი ნაწილაკების აღმოჩენა უფრო სრულყოფილ წარმოდგენას გვიქმნის იმ მდიდარ შესაძლებლობებზე, რომელიც ჩვენთვის ცნობილ სამყაროში იმალება.

ამ წარმოდგენის გაფართოებით შეიძლება წავაწყდეთ მინიშნებებს იმის შესახებ, როგორ განვითარდა სამყარო დიდი აფეთქების შემდგომ და რატომ შედგება ჩვენ გარშემო არსებული მატერია პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, ნაცვლად პენტაკვარკებისა.

დიდი ადრონული კოლაიდერი ამჟამად ორჯერ მეტი ენერგიით აჯახებს პროტონებს ერთმანეთს და მეცნიერები მზად არიან, ნაწილაკების ფიზიკაში არსებული სხვა ღია კითხვების პასუხის ძიება დაიწყონ. ახალი მონაცემების ანალიზისას ერთ-ერთი მთავარი სამიზნე ბნელი მატერიაა, რომელიც მთელ სამყაროშია გავრცელებული, მაგრამ არასდროს არავის უნახავს. კვარკის, ძლიერი ბირთვული ძალისა და ყველა ცნობილი ნაწილაკის გამოცდა ენერგიის ამ დონეზე მნიშვნელოვანი ნაბიჯია მომავალი დიდი აღმოჩენების გაკეთებისკენ.