Tetraquark đầu tiên gồm bốn quark có mùi khác nhau vừa được khám phá bởi các nhà vật lí làm việc ở thí nghiệm LHCb tại CERN. Đặt tên là X(2900), tetraquark “mùi mở” (open flavour) này có khối lượng khoảng 2,9 GeV/c2 và được phát hiện ở hai trạng thái spin. Tetraquark được tạo ra bằng cách cho các proton va đập vào nhau tại Máy Va chạm Hạt nặng Lớn (LHC) để sản sinh meson B – sau đó sàng lọc các sản phẩm phân hủy meson B để tìm kiếm dấu hiệu của những hạt mới.
Mặc dù các nhà vật lí LHCb không hoàn toàn chắc chắn về bản chất của hạt mới – ấy thế mà có “X” trong tên gọi – nhưng họ tin nó chứa bốn quark: phản duyên (anticharm), phản lạ (antistrange), lên (up) và xuống (down). Vì tetraquark ấy không chứa một cặp quark-phản quark cùng mùi, nên mùi quark bị ẩn và do đó tetraquark ấy được mô tả là mùi mở.
Các hadron được làm bằng hai hoặc nhiều quark hoặc phản quark liên kết với nhau. Meson gồm một quark và một phản quark, còn các baryon như proton và neutron thì chứa ba quark. Tuy nhiên, tự nhiên không dừng lại ở ba quark và một số tetraquark (hai quark và hai phản quark) và pentaquark (bốn quark và một phản quark) đã được khám phá.
Không hề được báo trước
Trước khi khám phá X(2900), toàn bộ các tetraquark đã biết đều chứa ít nhất một cặp quark duyên-phản duyên hoặc đẹp-phản đẹp. Theo nhà vật lí LHCb Tim Gershon thuộc Đại học Warwick, một tetraquark duyên-mở/lạ-mở như X(2900) từng được xem xét là có thể. Tuy nhiên, chưa ai từng tiên đoán về hadron đặc biệt này, thế nên khám phá ấy khiến đội LHCb cảm thấy bất ngờ.
Vì nó chỉ chứa một quark nặng (phản duyên) nên X(2900) có khối lượng tương đối thấp so với các tetraquark khác. Nghĩa là, theo Gershon, nó dễ được tạo ra tại LHC hơn các anh chị em nặng hơn của nó. Tuy nhiên, Gershon cho biết tetraquark chứa các cặp duyên/phản duyên là tương đối dễ quan sát bởi lẽ chúng phân hủy sang một trạng thái cuối cùng chứa meson J/psi – mà hạt này thì có một dấu hiệu thực nghiệm rất rõ rệt.
“Tetraquark mùi mở sẽ có xu hướng có dấu hiệu thực nghiệm kém rõ rệt hơn, và chính nhờ thiết kế độc đáo, và hiệu năng khó tin nổi, của detector LHC nên chúng tôi mới có thể thực hiện khám phá mới nhất này,” Gershon giải thích.
Phân tử meson chăng?
Gershon hi vọng X(2900) có thể làm sáng tỏ một bí ẩn quan trọng về tetraquark – cách bốn quark tự sắp xếp nội tại. Điều này được xác định bởi tương tác lực mạnh giữa các quark, các lực này cực kì khó tính toán. Một khả năng là toàn bộ các quark và phản quark được liên kết chặt với nhau. Một khả năng khác là chúng được sắp xếp dưới dạng hai cặp quark-phản quark liên kết lỏng lẻo trong một cấu trúc na ná như một phân tử làm từ hai meson.
Gershon cho biết khối lượng của X(2900) giống với tổng khối lượng của một meson D kích thích và một kaon kích thích – chúng kết hợp thì có chung thành phần quark như X(2900). Điều này có thể hướng tới mô hình phân tử, nhưng Gershon cho biết hãy còn quá sớm để đưa ra bất kì kết luận gì.
Mới hồi tháng trước, các nhà vật lí làm việc ở thí nghiệm LHCb phát hiện tetraquark đầu tiên chứa toàn quark duyên và phản duyên. Để khám phá nhiều tetraquark hơn, Gershon cho biết, “Có nhiều lộ trình khám phá khả dĩ, và tôi chắc chắn rằng sẽ có thêm nhiều tetraquark được tìm thấy trong kho dữ liệu quý giá của LHCb! Vấn đề là khó mà biết được những hướng đi nào có khả năng cao hơn đem lại khám phá, thế nên tôi không thể nói chúng ta sẽ phải chờ bao lâu nữa.”
Nguồn: physicsworld.com
