Eksperyment LHCb w CERN odkrył nową cząstkę - Tcc+. Jest to tetrakwark - egzotyczny hadron zawierający dwa kwarki i dwa antykwarki. Tcc+ to cząstka materii egzotycznej o najdłuższej żywotności i pierwsza, która zawiera dwa ciężkie kwarki i dwa lekkie antykwarki.

Kwarki to podstawowe budulce, z których zbudowana jest materia. Łączą się w hadrony, takie jak proton i neutron, które składają się z trzech kwarków, a także w mezony, które powstają jako pary kwark-antykwark. W ostatnich latach naukowcy odkryli wiele tzw. egzotycznych hadronów, czyli cząstek zawierających cztery lub pięć kwarków zamiast konwencjonalnych dwóch, lub trzech. Najnowsze odkrycie dotyczy szczególnie unikalnego egzotycznego hadronu.

Nowa cząstka zawiera dwa kwarki powabne oraz antykwark górny i antykwark dolny. W ostatnich latach odkryto kilka tetrakwarków - przykładem jest cząstka o nazwie X(2900), której odkrycie opisywaliśmy pod koniec sierpnia 2020 r. Jednak Tcc+ jest pierwszym tetrakwarkiem, który zawiera dwa kwarki powabne, bez równoważących je antykwarków powabnych. Fizycy nazywają go "podwójnie otwartym powabem". Cząstki zawierające kwark powabny i antykwark powabny mają „ukryty powab” - liczba kwantowa dla całej cząstki sumuje się do zera tak jak w przypadku dodatniego i ujemnego ładunku elektrycznego. Tutaj liczba kwantowa powabu sumuje się do dwóch, a zatem cząstka ma podwójny powab.

Wielki Zderzacz Hadronów. Źródło: CERN

Tcc+ to pierwsza odkryta cząstka należąca do klasy tetrakwarków z dwoma ciężkimi i dwoma lekkimi antykwarkami. Cząstki tego typu rozpadają się, przekształcając się w parę mezonów, a każdy składa się z jednego z ciężkich kwarków i jednego z lekkich antykwarków. Niektóre przewidywania teoretyczne głoszą, że masa tetrakwarków tego typu powinna być bardzo zbliżona do sumy mas dwóch mezonów. Taka bliskość masy sprawia, że ​​rozpad jest "trudny", co skutkuje dłuższą żywotnością cząstki. Tak się składa, że Tcc+ posiada najdłuższą żywotność w porównaniu do innych egzotycznych hadronów.

Najnowsze odkrycie otwiera drogę do poszukiwania cięższych cząstek tego samego typu, z jednym lub dwoma kwarkami powabnymi zastąpionymi kwarkami dolnymi. Według obliczeń fizyków masa cząstki z dwoma kwarkami dolnymi powinna być mniejsza od sumy mas dowolnej pary mezonów B. To oznaczałoby, że jej rozpad byłby nie tylko mało prawdopodobny, ale wręcz niedozwolony - cząstka nie byłaby zdolna do rozpadu poprzez oddziaływanie silne i musiałaby to zrobić poprzez oddziaływanie słabe, co wydłużyłoby jej żywotność o kilka rzędów wielkości niż jakiegokolwiek wcześniej zaobserwowanego egzotycznego hadronu.