O nouă particulă sau un proces încă necunoscut? Iată întrebarea ivită în urma unui experiment de la CERN numit COMPASS, care în 2015 a măsurat un proces misterios, întrucât dădea naștere la ceea ce părea a fi o nouă particulă, dar care avea proprietăți bizare.

Recent, noi analize au arătat că rezultatele experimentului COMPASS din 2015 pot fi explicate de așa-numita singularitate triunghiulară, un proces în care quarcii interacționează în mod diferit față de procesele cunoscute până în prezent: este vorba des-pre o interacțiune a trei corpuri.

Quarcii și forța nucleară tare

În lumea particulelor elementare, quarcii joacă un rol extrem de important: sunt la baza protonilor și a neutronilor, dar și a altor particule care conțin quarci. Quarcii se pot grupa, de exemplu, în număr de trei – cum e cazul protonilor și al neutronilor, sau se pot grupa cu un antiquarc în cadrul mezonilor.

Nu există quarci liberi și acest lucru a fost explicat prin proprietățile forței nucleare tari, cea care explică cum se cuplează aceste particule unele cu altele pentru a forma particulele compuse.

Teoria care descrie interacțiunea nucleară tare se numește cromodinamica cuantică, iar purtătorul forței nucleare tari, particula-mesager, este gluonul. Acesta este o particulă fără masă, asemănătoare din acest punct de vedere cu fotonul, care este particula-mesager a forței electromagnetice.

Forța nucleară tare are proprietăți oarecum bizare. De exemplu, atunci când quarcii se îndepărtează, interacțiunea devine din ce în ce mai puternică, exact invers față de interacțiunea electromagnetică, care pe măsură ce distanța crește devine din ce în ce mai slabă. Acest lucru are de-a face cu faptul că spre deosebire de fotoni, care nu au sarcină electrică (responsabilă de forța electromagnetică), gluonii au o sarcină ce stă la baza interacțiunii tari (care se numește sarcină de culoare).

Particule exotice

În acest context, multe din experimentele efectuate la acceleratoarele de particule caută particule exotice, adică particule formate din mai mulți quarci, cum ar fi doi quarci și doi antiquarci sau șase quarci. Așadar, configurații care să respecte regulile teoriei, însă care să conțină mai mult decât numărul minim de quarci.

O astfel de particulă părea că a fost observată în 2015 de către experimentul COMPASS de la CERN, în cadrul interacțiunilor unor particule numite „pioni” (particule compuse dintr-un quarc și un antiquarc) cu hidrogenul. Particula a1(1420) părea să fie o nouă particulă cu o structură ce urma să fie înțeleasă.

Singularitate triunghiulară

Un studiu recent, publicat în revista Physical Review Letters, arată însă că a1(1420) poate fi explicată cu ajutorul singularității triunghiulare, adică o interacțiune mai complicată între quarcii pionilor și ai protonilor ce alcătuiesc nucleul hidrogenului. Procesul constă în interacțiuni între trei corpuri și a fost prevăzut încă din anii ’50 de către marele fizician rus  Lev Davidovich Landau, însă până în prezent nu fusese descoperit.

În esență, singularitatea triunghiulară descrie modul în care particulele își schimbă identitățile prin schimburi de quarcuri, în acest fel părând a fi noi particule.

Noile analize de date prezentate în articolul menționat arată că a1(1420) nu este o nouă particulă, ci rezultatul acestei singularități care apare precum o nouă particulă.

La ce folosește acest studiu?

Pe lângă faptul că lămurește (in)existența unei noi particule și confirmă un proces prevăzut acum mulți ani, acest studiu este important întrucât ne ajută să înțelegem mai bine proprietățile interacțiunii nucleare tari. Unul dintre misterele acestei interacțiuni este masa particulelor – precum protonii și neutronii – care nu este nicidecum suma maselor quarcilor din care sunt compuse (adică cei trei quarci pomeniți anterior). Masa protonului este mult mai mare decât respectiva sumă.

Cum ia naștere această masă? Mecanismul este deosebit de complex și are de-a face cu caracteristicile interacțiunii nucleare tari. Singularitatea triunghiulară facilitează o mai bună înțelegere a acestor procese, ceea ce contribuie la o mai bună cunoaștere a mecanismelor care dau naștere masei nucleelor atomilor.

Această masă este și o mare parte din masa noastră, întrucât contribuția electronilor din atomi este de mai bine de o mie de ori mai mică decât masa nucleelor. 

CITIȚI ȘI:

Semnale ale energiei întunecate la Gran Sasso?
Într-adevăr, totul vibrează în univers. Dar ce înseamnă asta?

LĂSAȚI UN MESAJ

Introduceti comentariul
Introdu numele

four + five =