Sterkeindahraðallinn uppgötvaði nýja tegund öreinda

Vísindamenn við sterkeindahraðalinn í CERN í Sviss tilkynntu nýverið um uppgötvun nýrrar tegundar öreinda sem kallast pentakvarkar eftir um 50 ára leit.

Líkleg eftirlíking af pentakvarka (5 kvarkar) en þeir gætu mögulega einnig verið samsetning af miðeind (2 kvarkar) og þungeind (3 kvarkar).
Líkleg eftirlíking af pentakvarka (5 kvarkar) en þeir gætu mögulega einnig verið samsetning af miðeind (2 kvarkar) og þungeind (3 kvarkar).

Hvað eru kvarkar?

Kvarkar (e. Quarks) eru ódeilanlegar byggingareiningar alls efnis í veröldinni. Áður fyrr héldum við að atómið, sem þýðir ódeilanlegur á grísku,  væri grunneining alls efnis. Með tímanum höfum við lært að atóm eru úr kjörnum og rafeindum og að kjarnar samanstandi af róteindum og nifteindum og nú vitum við að byggingareiningar þeirra eru kvarkar. Staðallíkan öreindafræðinnar (e. the standard model) segir til um tvo flokka öreinda: bóseindir og fermíeindir. Fermíeindir, sem skiptast í kvarka og létteindir (e. Leptons), eru helsta uppistaða alls efnis og bóseindir eru burðareindir sem flytja krafta milli öreinda.

Hver einasta fermíeind á sér andeind (e. anti-particle) sem hafa sama massa og spuna en andstæða hleðslu eða -1. Eindir gerðar úr mörgum kvörkum kallast sterkeindir (e. Hadrons) og flokkast þær í miðeindir (e. Mesons) og þungeindir (e. Baryons). Mesoneindir eru gerðar úr tveimur kvörkum, einum venjulegum og einum andkvarka. Þungeindir eru gerðar úr þremur kvörkum og þar má sem dæmi nefna nifteindir og róteindir. Róteindir samanstanda af tveimur upp kvörkum og einum niður kvarka á meðan nifteindir eru úr tveimur niður kvörkum og einum upp kvarka.

Proton-Neutron
Kvarkar sem legókubbar, af því að það er sniðugt.

Hvað eru þá pentakvarkar?

Pentakvarkar  (e. Pentaquarks) er samsetning fimm kvarka sem loksins hefur komið í leitirnar eftir um 50 ára leit. Það var eðlisfræðingurinn og Nóbelsverðlaunahafinn Murray Gell-Mann sem fyrstur lagði til kenningu um kvarka árið 1964 sem sagði m.a. til um mögulega tilvist pentakvarka sem myndu samanstanda af fjórum kvörkum og einum andkvarka. Engum hefur tekist að sanna tilvist þessara einda fyrr en nú, þökk sé stóra sterkeindahraðlinum.

Eðlisfræðingar fundu þær við rannsóknir á sundrun á þungeindinni Lamda b í þrjár aðrar þekktar eindir. Þau fundu tvær nýjar eindir í virkjunarástandi (e. transition state) sem þau nefndu Pc(4450)+ og Pc(4380)+. Við nánari skoðun gátu þau aðeins útskýrt tilvist þessara einda í formi pentakvarka. „Nánar tiltekið verður ástandið að vera tveir upp kvarkar, einn niður kvarki, einn þokka kvarki og einn andþokka kvarki,“ að sögn Tomasz Skwarnicki eðlisfræðingi við hraðalinn.

Öreindir staðallíkansins
Tegundir kvarka, létteinda og bóseinda.

Rannsóknarteymið vinnur nú að því að skilja hvernig kvarkarnir eru bundnir saman í þessu ástandi. Þær upplýsingar munu koma eðlisfræðingum vel í því að skilja hvernig kvarkar orka hvor á annan. Það mun hjálpa okkur mikið í því að skilja hvernig allt efni er samansett enda hafa allar frumeindir kjarna úr nifteindum og róteindum.

Sjáðu Physics Girl útskýra kvarka:

Particle_overview.svg
Efni og kraftar flokkaðir.

Heimildir: ScienceAlert, Frá efni til öreinda, Vísindavefurinn; Eitt og Tvö

Eldra efni frá Veröldinni um sterkeindahraðalinn: Í leit að samhliða veröldum í öðrum víddum