اكتشف مصادم الهادرونات الكبير جسيمًا كان مطلوبًا لمدة 20 عامًا

في مصادم الهادرونات الكبير في سيرن سجلت ولادة جسيم جديد. وهو نظير أثقل للبروتون، ويتكون من كواركين ساحرين.

كما يتذكر الجميع، تنتمي البروتونات والنيوترونات إلى الباريونات. يتكون كل باريون من ثلاثة جسيمات دون ذرية أساسية – الكواركات، والتي يمكن أن تكون من “أنواع” مختلفة (في الفيزياء يطلق عليها النكهات). البروتون، على سبيل المثال، يتكون من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد.

هناك أيضًا كواركات أثقل، على سبيل المثال، الكواركات الساحرة. كما أنها قادرة على تشكيل الباريونات. لكن مثل هذه المجموعات غير العادية تكون أثقل، ونتيجة لذلك، فهي غير مستقرة للغاية. إنهم يعيشون لأجزاء ضئيلة من الثانية ويتحللون بسرعة إلى جزيئات أخرى.

في عام 2017، اكتشف فيزيائيون من مشروع LHCb في CERN أحد هذه الباريونات الغريبة لأول مرة. جسيم يحمل اسمًا لا يُنسى Xi_نسخة⁺⁺ يتكون من كواركين ساحرين وكوارك علوي واحد ويدوم فقط جزء من تريليون من الثانية. الآن اكتشف الباحثون في LHCb “أخت” هذا الجسيم المليء بالسحر أيضًا – Xi_نسخة⁺. بدلًا من الكوارك العلوي، فهو يحتوي على كوارك سفلي، مما يجعله أثقل قريبًا من البروتون.

وفقا للحسابات النظرية، فإن عمر شي_نسخة⁺ يجب أن يكون أقصر بست مرات من الحادي عشر_نسخة⁺⁺مما يجعل اكتشافه مهمة شبه مستحيلة. أصبح من الممكن فقط بعد تحديث كاشف LHCb، الذي جعل من الممكن إجراء عمليات بحث أكثر حساسية. موثوقية الاكتشاف تتجاوز 7σ. للحصول على الاعتراف الرسمي، نذكرك أن خمسة سيجما كافية.

يقول البروفيسور كريس باركس من جامعة مانشستر: “إن اكتشاف هذا الجسيم بحد ذاته هو حدث طال انتظاره، لأنه تم البحث عن Xicc+ لفترة طويلة جدًا. لكن هذا النجاح يوضح أيضًا بوضوح إمكانية تحديث LHC. ومن خلال تحليل بيانات عام واحد فقط، تمكنا من رؤية ما لم يكن ممكنًا عند النظر إلى عشر سنوات من معدات الجيل السابق”.

وفي رأيه، فإن مراقبة هذا الجسيم ستساعد على فهم كيف أن القوة النووية القوية التي تربط الكواركات “تلتصق” معًا بالكواركات الأثقل (على عكس تلك التي تشكل البروتونات والنيوترونات). وإلى جانب ذلك، فإن هذا الاكتشاف يحل لغزًا دام عشرين عامًا.

وفي عام 2002، أجرى الفيزيائيون تجربة سيليكس في مختبر المسرع الوطني. أفاد فيرمي في إلينوي أنهم ربما رأوا جسيمًا مشابهًا جدًا لجسيم Xi_نسخة⁺. ومع ذلك، تبين أن كتلتها أقل بكثير مما تنبأت به النظرية، وكانت الأهمية الإحصائية للملاحظة 4.7 سيجما فقط.

لقد اكتشفنا أخيرًا هذا الجسيم، وتبين أن كتلته قريبة من كتلة قريبه Xi_نسخة⁺⁺“، تم العثور عليها منذ عدة سنوات، وليس ما تنبأت به بيانات SELEX”، يوضح باركس.

لقد أغلقت الموثوقية العالية للاكتشاف الجديد أخيرًا مسألة كتلة هذا الجسيم.

يعترف البروفيسور خوان روجو من جامعة أمستردام الحرة: “هذا قياس مثير للاهتمام للغاية، لكن ليس من الواضح تمامًا بعد ما الذي يعطينا بالضبط. الديناميكا اللونية الكمومية لا تحظر وجود مثل هذا الهادرون، ولكن الآن بعد أن أكدنا وجوده تجريبيًا، لم يزد الكثير من الوضوح”.

ووفقا له، فإن النظريات الحديثة غير كاملة: فهي لا تستطيع حتى الآن التنبؤ بدقة بكيفية تفاعل الكواركات الثقيلة داخل الباريونات وما ينبغي أن تكون كتلتها.

“في دراسة مثل هذه الجسيمات، أصبحت التجربة الآن متقدمة على النظرية. ولكن من الممكن أن يساعد هذا القياس بالذات في الإجابة على بعض الأسئلة النظرية الأكثر أهمية في غضون خمس سنوات،” يلخص الفيزيائي.