اكتشف معجل الجسيمات في CERN جسيمًا نادرًا يحتوي على كواركين ثقيلين؛ تنبأ عالم من جامعة تل أبيب بكتلته تقريبًا تقريبًا

وتوقع البروفيسور مارك كارلينر من جامعة تل أبيب كتلة الجسيم منذ ثلاث سنوات تقريبًا بالتعاون مع زميل من الولايات المتحدة الأمريكية. "الآن يبقى التحقق من معدل اضمحلاله ومقارنته بالتنبؤات"* سيسمح لنا الجسيم بمعرفة المزيد من التفاصيل حول القوة القوية

اكتشف العلماء في مصادم الهادرونات الكبير في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) نوعًا جديدًا من الجسيمات تم التنبؤ بوجودها نظريًا ولكن تم رصدها لأول مرة، وسيساعد هذا الاكتشاف الباحثين على معرفة المزيد حول ما يسمى "القوة القوية" التي تربط مراكز الذرات ببعضها البعض. . تم تقديم التفاصيل حول الجسيم المعروف باسم ++Xi-cc (الشرح الكامل للاسم المستعار أدناه) في مؤتمر فيزياء الطاقة العالية في البندقية.

تم إجراء البحث في تجربة LHCb بقيادة الدكتور باتريك سبرادلين من جامعة جلاسكو. وقال إن الاكتشاف "سيسلط الضوء على لغز طويل ويفتح فرعا جديدا ومثيرا من البحث". ووصف زميله البروفيسور بول سولير، وهو أيضا من جامعة جلاسكو، التطور بأنه "حدود جديدة في فهم القوة القوية".

تتكون كل المادة التي نراها حولنا تقريبًا من النيوترونات والبروتونات، التي تشكل مراكز الذرات. وتتكون هذه من ثلاثة جسيمات أصغر تسمى الكواركات والتي يمكن أن تكون خفيفة أو ثقيلة. ومع ذلك، هناك ستة أنواع مختلفة من الكواركات التي تتحد بطرق مختلفة لتكوين أنواع أخرى من الجسيمات. تحتوي تلك التي تم تحديدها حتى الآن، على الأكثر، على كوارك ثقيل واحد.
سيقوم فريق البحث الآن بقياس خصائص Xi-cc++ لتحديد كيفية تصرف هذا الجسيم وكيف تعمل القوة القوية على تثبيت النظام معًا. ويتوقعون أيضًا العثور على المزيد من جسيمات الكوارك الثقيلة.
ميزة أخرى غير عادية للجسيم هي أنه يحتوي على ضعف الشحنة الموجبة للبروتون، كما أنه أثقل بأربع مرات. قدم الباحثون مقالًا عن هذه النتائج إلى مجلة Physical Review Letters.
البروفيسور مارك كارلينر، أستاذ الفيزياء النظرية في كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب، هو عالم فيزياء نظرية متخصص في هذا المجال من فيزياء الجسيمات.

"الجسيمات من هذا النوع هي أبناء عمومة بعيدة للبروتون والنيوترون والتي تتكون من ثلاثة كواركات وتنتمي إلى عائلة تسمى الباريونات. تحتوي السبائك على ثلاثة كواركات. في الطبيعة، هناك خمسة أنواع من الكواركات التي يمكن أن تنتج الفتوات، لذلك هناك الكثير من المجموعات المحتملة. في بداية القرن العشرين، تمكن العلماء من "رؤية" الباريونات التي تتكون من ثلاثة كواركات خفيفة - البروتون والنيوترون

"في الخمسينيات والستينيات، تم اكتشاف أن الباريونات تحتوي على كوارك إضافي، وهو كوارك s. اكتسب البروفيسور يوفال نعمان، مؤسس قسم الفيزياء في جامعة تل أبيب، شهرة عالمية عندما اكتشف التصنيف الصحيح للباريونات المكونة من الكواركات الثلاثة u وd وs، وبمساعدة هذا التصنيف نجح في التنبؤ بكتلة المادة. باريون أوميغا ناقص، الذي يحتوي على تكوين sss.

هناك نوعان من الكواركات الخفيفة وثلاثة كواركات ثقيلة، وأي ثلاثي تختاره من بين الخمسة يمكن أن يوجد. ومع ذلك، كلما كانت الجسيمات أثقل، "كلما أصبح إنتاجها في المسرع أكثر صعوبة لأن تكوينها يتطلب طاقة أكبر وتتحلل بسرعة. لقد رأينا حتى الآن طفرات تحتوي على كوارك ثقيل واحد واثنين من الكواركات الأخف، وكان من الواضح أنه يجب أن يكون هناك فتوات تحتوي على كواركين ثقيلين. وعلى هذا كان هناك إجماع كامل بين الخبراء. وكان التحدي يتمثل في التنبؤ من خلال النظرية بالخصائص المختلفة للثلاثي الذي يضم اثنين ثقيلين وواحدًا خفيفًا. يشرح البروفيسور كارلينر

التنبؤ الدقيق بكتلة الجسيم وشرح اسمه

"إن أهم ما يميز المتنمر هو غطرسته." يقول البروفيسور كارلينر. "في مقال كتبته عام 2014 مع البروفيسور جوناثان روزنر من جامعة شيكاغو، والذي كان في شبابه باحثًا ما بعد الدكتوراه مع البروفيسور يوفال نامان هنا في جامعة تل أبيب. في هذه المقالة، قمنا بحساب جميع التركيبات الممكنة لاثنين من الكواركات الثقيلة وكوارك واحد خفيف، وهناك ثلاثة خيارات مع النغمات الأساسية. هناك نوعان من الكواركات الثقيلة التي تؤخذ في الاعتبار: c وb. الكوارك c أثقل بـ 1.5 مرة من البروتون، وb أثقل بحوالي 5 مرات، ويمكن أن يكون المزيج مرتين c أو مرتين b أو bc. يحتوي الجسيم المعني على جسيمين c وجسيم كوارك خفيف - u. هذا هو -ccu، وهو الاسم الذي يُشار إليه لأسباب تاريخية بالحرف اليوناني xei، مضروبًا بالحرف c لأنه يحتوي على كواركين C، وموجبين لأن شحنته الكهربائية موجب 2 وهذا هو معنى لقبه ++ شي سم مكعب.

"في الورقة توقعنا كتلتها وخصائصها الأخرى التي لم يتم قياسها بعد. في النتائج التجريبية التي نشرت اليوم في مؤتمر كبير للجمعية الفيزيائية الأوروبية المخصص للجسيمات الأولية، أصدر العلماء النتيجة التجريبية التي ظلوا يعملون عليها لمدة عام تقريبا في سرية تامة. وخلاصة القول هي أن الكتلة التي قاسوها هي قريب جدًا من الكتلة التي توقعناها. كانت الكتلة التي تم قياسها 3621 ميجا فولت (زائد أو ناقص واحد). وللمقارنة، تبلغ كتلة البروتون حوالي 940، أي أن كتلة الجسيم المكتشف أثقل من البروتون بـ 3.5 مرة. توقعنا منذ ثلاث سنوات هو 3627 زائد أو ناقص 12. الخطأ في التنبؤ أقل من 2% مما تم اكتشافه بالفعل. وما يجعل الأمر أجمل هو أن الكثيرين قبلنا وبعدنا أجروا نفس الحساب ونشروا نتائجهم وخسروا جميعا الكثير. توقعاتنا هي الأكثر دقة."

"الشيء التالي الذي أتطلع إليه هو تجربة تقيس نصف عمر الجسيم، أي المدة التي يستغرقها ليتحلل إلى جسيم أخف. هذا الرقم أيضًا له توقعات في بحثنا، وعندما يتم قياسه سنعرف مدى دقتنا في هذا أيضًا،" يختتم البروفيسور كارلينر.