Một pentaquark – một hadron lạ gồm năm quark – vừa được khám phá bởi các nhà vật lí làm việc tại thí nghiệm LHCb ở CERN. Các nhà khoa học LHCb còn tìm thấy một đặc điểm trong dữ liệu của họ trước đây từng gắn liền với một pentaquark có thể là bằng chứng cho hai pentaquark có khối lượng bằng nhau.
Phân tích sơ bộ về ba pentaquark cho thấy chúng có một cấu phân tử na ná một meson liên kết với một baryon (xem hình). Việc hiểu rõ hơn các pentaquark liên kết với nhau như thế nào có thể đem lại những thông tin quan trọng về lực mạnh và sắc động lực học lượng tử.
Ảnh minh họa cách năm quark liên kết với nhau.
Hadron là những hạt nặng được làm bằng hai hoặc nhiều quark liên kết với nhau bằng lực mạnh. Mãi đến đầu những năm 2000, các nhà vật lí chỉ mới có bằng chứng chắc chắn cho hai loại hadron: baryon (ví dụ proton và neutron) chứa ba quark, và meson chứa một quark và một phản quark.
Kể từ đó, các nhà vật lí đã khám phá các tetraquark chứa bốn quark và pentaquark chứa năm quark. Điều này chẳng có gì bất ngờ vì khi Murray Gell-Mann lần đầu tiên đề xuất mô hình quark vào năm 1964, ông đã nhận ra rằng các cặp quark-phản quark có thể gắn thêm các meson và baryon để tạo ra những hạt nặng hơn.
Tetraquark đầu tiên được khám phá chính thức (với ý nghĩa thống kê lớn hơn 5σ) tại thí nghiệm BELLE ở Nhật vào năm 2008. Hai pentaquark đầu tiên – gọi là Pc(4450)+ và Pc(4380)+ – được khám phá vào năm 2015 tại LHCb, sử dụng dữ liệu proton-proton từ đợt chạy Run 1 của Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC). Con số gồm bốn chữ số trên ám chỉ khối lượng của pentaquark tính theo MeV/c2, nghĩa là các pentaquark này nặng gấp bốn lần proton.
Sử dụng dữ liệu mới từ đợt chạy Run 2 của LHC, các nhà vật lí vừa tìm thấy một pentaquark thứ ba tên gọi là Pc(4312)+, họ quan sát thấy nó với ý nghĩa thống kê 7,3σ. Ngoài ra, họ còn có bằng chứng 5,4σ rằng cực đại khối lượng trong dữ liệu Run 1 gắn liền với Pc(4450)+ thật ra là hai cực đại. Họ tin rằng hai cực đại này tương ứng với hai pentaquark khác nhau, chúng được đặt tên là Pc(4440)+ và Pc(4457)+.
Thành viên đội LHCb, Tim Gershon thuộc trường Đại học Warwick cho biết dữ liệu kết hợp từ Run 1 và Run 2 có nghĩa là các cực đại pentaquark nay được phân giải tốt hơn nhiều so với trong các nghiên cứu trước đây. Gershon cùng các đồng sự tìm thấy ba cực đại ấy đều hẹp, nghĩa là các hạt pentaquark có thời gian sống tương đối dài trước khi chúng phân hủy.
Thời gian sống dài cho thấy các pentaquark này tương tự các phân tử gồm một baryon và một meson liên kết với nhau bằng lực mạnh tàn dư – đó là lực liên kết các neutron và proton trong hạt nhân. Khối lượng của Pc(4312)+, chẳng hạn, vừa vặn dưới mức khối lượng kết hợp của một baryon Ʃc+ và một meson D trung hòa. Một cấu hình như thế được kì vọng là tương đối bền vững và do đó tương ứng với một cực đại hẹp.
Gershon cho biết đội LHCb hiện đang tiến hành các phân tích phức tạp hơn nhiều đối với các va chạm, nhằm làm rõ spin và tính chẵn lẻ của các pentaquark. Phân tích này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc bên trong của các pentaquark.
Nguồn: physicsworld.com
