Lần đầu tiên, nhóm hợp tác LHCb tại CERN quan sát thấy một hạt mới lạ được cấu tạo bởi bốn quark duyên (charm quark).
Nhóm hợp tác LHCb vừa quan sát thấy một kiểu hạt bốn-quark chưa từng được trông thấy trước đây. Khám phá được trình bày tại một buổi seminar mới đây tại CERN và được mô tả trong một bài báo đăng trên arXiv. Có khả năng đây sẽ là hạt đầu tiên trong một họ hạt chưa được khám phá trước đây.
Thông thường các quark kết hợp với nhau theo nhóm hai và ba để tạo thành những hạt gọi là hadron. Tuy nhiên, trong hàng thập kỉ, các nhà lí thuyết đã dự đoán sự tồn tại của những hadron gồm bốn-quark và năm-quark, thỉnh thoảng chúng được mô tả là tetraquark và pentaquark. Trong những năm gần đây, các thí nghiệm như LHCb đã xác nhận sự tồn tại của một số hadron mới lạ này. Những hạt được cấu tạo bởi những kết hợp khác lạ của quark như vậy là “phòng thí nghiệm” lí tưởng để nghiên cứu một trong bốn lực cơ bản đã biết của tự nhiên, tương tác mạnh liên kết proton, neutron và hạt nhân nguyên tử cấu tạo nên vật chất. Kiến thức tường tận về tương tác mạnh còn thiết yếu cho việc xác định những quá trình mới, ngoài trông đợi, có là một dấu hiệu của nền vật lí mới hay chỉ là vật lí chuẩn mà thôi.
“Các hạt được cấu tạo bởi bốn quark đã lạ, và hạt mà chúng tôi vừa khám phá là hạt đầu tiên được cấu tạo bởi bốn quark nặng cùng loại, đặc biệt là hai quark duyên và hai phản quark duyên,” theo lời cựu phát ngôn viên của nhóm hợp tác LHCb, Giovanni Passaleva. “Cho đến nay, LHCb và các thí nghiệm khác chỉ mới quan sát thấy các tetraquark với nhiều nhất là hai quark nặng và chưa có hạt nào có nhiều hơn hai quark thuộc cùng loại.”
“Những hạt nặng mới lạ này đem lại những ca cực độ và khá đơn giản trên lí thuyết để kiểm tra các mô hình mà người ta có thể dùng để giải thích bản chất của các hạt vật chất bình thường, như proton hoặc neutron. Do đó, thật hào hứng khi thấy chúng xuất hiện lần đầu tiên trong các va chạm tại LHC,” theo lời phát ngôn viên LHCb trong thời gian tới, Chris Parkes.
Sàng lọc bộ cơ sở dữ liệu LHCb đầy đủ từ lần chạy thứ nhất và thứ hai của Máy Va chạm Hạt nặng Lớn, tương ứng diễn ra từ 2009 đến 2013 và từ 2015 đến 2018, các nhà nghiên cứu phát hiện một chỗ nhô lên trong phân bố khối lượng của một cặp hạt J/ψ, nó gồm một quark duyên và một phản quark duyên. Chỗ nhô lên ấy có ý nghĩa thống kê lớn hơn năm độ lệch chuẩn, ngưỡng thường lệ để khẳng định khám phá về một hạt mới và nó tương ứng với một khối lượng tại đó người ta dự đoán tồn tại các hạt gồm bốn quark duyên.
Như với các khám phá tetraquark trước đây, người ta không rõ lắm liệu hạt mới có là “đúng tetraquark” hay không – nghĩa là, một hệ gồm bốn quark liên kết chặt với nhau, hoặc một cặp gồm hai hạt hai-quark liên kết yếu trong một cấu trúc kiểu phân tử. Dẫu sao, tetraquark mới sẽ giúp các nhà lí thuyết kiểm tra các mô hình sắc động lực học lượng tử, lí thuyết về tương tác mạnh.
Nguồn: CERN, Symmetry Magazine
