Fysikere fra Universitetet i Zürich har opdaget en tidligere ukendt partikel sammensat af tre kvarker i den store Hadron Collider (LHC) partikelaccelerator. En ny baryon kunne således påvises for første gang på LHC. Baryonen kendt som Xi_b ^ * bekræfter grundlæggende antagelser om fysik vedrørende bindingen af kvarker.
I partikelfysik refererer baryonfamilien til partikler, der består af tre kvarker. Kvarker danner en gruppe på seks partikler, der adskiller sig i deres masse og ladninger. De to letteste kvarker, de såkaldte “op” og “ned” kvarker, danner de to atomkomponenter, protoner og neutroner. Alle baryoner, der er sammensat af de tre letteste kvarker ("op", "ned" og "underlige" kvark) er kendte. Der er hidtil kun observeret meget få baryoner med tunge kvarker. De kan kun genereres kunstigt i partikelacceleratorer, da de er tunge og meget ustabile.
Berømt ATLAS detektor ved CERN
I løbet af protonkollisioner i LHC ved CERN lykkedes fysikerne Claude Amsler, Vincenzo Chiochia og Ernest Aguiló fra University of Zürichs fysikinstitut at opdage en baryon med en let og to tunge kvarker. Partiklen Xi_b ^ * består af en "op", en "mærkelig" og en "bund" -kvark (usb), er elektrisk neutral og har en drejning på 3/2 (1,5). Dets masse kan sammenlignes med et lithiumatom. Den nye opdagelse betyder, at to af de tre baryoner, der er forudsagt i usb-sammensætningen ved teori, nu er blevet observeret.
Opdagelsen var baseret på data indsamlet i CMS-detektoren, som Universitetet i Zürich var involveret i at udvikle. Den nye partikel kan ikke detekteres direkte, da den er for ustabil til at blive registreret af detektoren. Xi_b ^ * bryder imidlertid sammen i en kendt kaskade af henfaldsprodukter. Ernest Aguiló, en postdoktorisk forsker fra professor Amslers gruppe, identificerede spor af de respektive henfaldsprodukter i måledataene og var i stand til at rekonstruere henfaldskaskaderne startende fra Xi_b ^ * forfald.
Beregningerne er baseret på data fra proton-proton-kollisioner ved en energi på syv Tera-elektronvolt (TeV) indsamlet af CMS-detektoren mellem april og november 2011. I alt blev 21 Xi_b ^ * baryonfald opdaget - statistisk tilstrækkelig til at udelukke en statistisk udsving.
Opdagelsen af den nye partikel bekræfter teorien om, hvordan kvarker binder og hjælper derfor til at forstå det stærke samspil, en af de fire grundlæggende kræfter i fysik, der bestemmer materiens struktur.
Genudgivet med tilladelse fra Universitetet i Zürich