Onlarca yıldır fizikçiler, sürekli büyüyen atom altı parçacık koleksiyonlarını özenle düzenlemeye çalışıyorlar, ancak bazı yeni gelenler belirlenmiş kutulara düzgünce oturmayı reddediyor. ABD Enerji Bakanlığı'na bağlı Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi'ndeki araştırmacılar artık bu kaosun bir kısmını çözmeye yardımcı olabilecek iki beklenmedik yapının kanıtını buldular.

Sinyaller, XYZ durumlarına - maddenin temel yapı taşları olan kuarklardan oluşan parçacıkların geleneksel resmine uymayan kafa karıştırıcı bir nesne grubuna - ışık tutabilir. Jefferson Lab araştırmacıları, yüksek enerjili fotonlardan oluşan bir ışın bir proton hedefine çarptığında bu tür iki sinyali ilk kez tespit ettiler.

Bulgular, Jefferson Lab'daki D Salonu'ndaki Gluonik Uyarımlar (GlueX) İşbirliği'nden geliyor ve yakın zamanda Physical Review Letters'da yayınlandı. Sonuçlar, bilim adamlarının doğanın temel kuvvetlerinden birinin maddenin oluşumuna nasıl katkıda bulunduğunu anlamalarına yardımcı olabilir.

"Foton demetiyle doğrulanmış bir XYZ adayı aramaya gittik ama bunun yerine iki başka yapı bulduk" dedi Jefferson Lab'da görevli bilim insanı Malte Albrecht. "Bu yeni bir bilgi." Yani, bir egzotik parçacığı hedeflediler ve yanlışlıkla iki tane daha keşfettiler; bu ya büyük bir kazanım ya da kozmik bir şaka.

1950'lerden bu yana, yüksek enerjili çarpışma deneyleri, hadron adı verilen ve güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulan iki veya daha fazla kuarktan oluşan bileşik parçacıklardan oluşan gerçek bir atom altı parçacık hayvanat bahçesini ortaya çıkarıyor. Bilinen örnekler arasında her biri üç kuark içeren protonlar ve nötronlar yer alır (ancak bunlar çok önceden biliniyordu). Yeni gelenler arasında, tipik olarak bir kuarkın antimadde karşılığı olan antikuarkla eşleştiği, kısa ömürlü mezon adı verilen parçacıklar da vardı.

1964'te fizikçiler bu bağlı durumlara düzen getirmek için kuark modelini tanıttılar. En eski sürümde üç kuark "çeşnisi" vardı: yukarı, aşağı ve tuhaf. Örneğin yukarı ve aşağı kuarklar protonları ve nötronları oluşturur; yukarı, aşağı ve tuhaf en hafif üç kuark türüdür. Ardından, 1974'te daha ağır olan tılsım kuarkı ortaya çıktı ve işleri karıştırdı - ancak aynı zamanda temel parçacıkları ve temel kuvvetleri tanımlayan geniş teori olan Standart Model haline gelen çerçevenin oluşturulmasına da yardımcı oldu ve bilinen hadronik yapı spektrumunu genişletti.

Hızlandırıcılar daha güçlü ve dedektörler daha hassas hale geldikçe, araştırmacılar daha ince süreçleri görmeye başladı. 2000'den sonra deneyler, orijinal kuark modeline uymayan kuantum özelliklerine sahip hadronları ortaya çıkarmaya başladı. Keşifler o kadar hızlı birikti ki fizikçiler bu yeterince anlaşılamayan parçacıkların çoğuna XYZ durumları etiketini yapıştırdılar.

"Burada, 70 küsur yıl öncesine benzer yeni bir çağdayız" dedi Almanya'daki GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezi ve Goethe Üniversitesi Frankfurt'tan Jefferson Lab işbirlikçisi Frank Nerling. "Önce bir hadron hayvanat bahçesi keşfedildi. Şimdi de sözde egzotik durumlardan oluşan bir hayvanat bahçesiyle karşı karşıyayız."

Tılsım kuarkı ve onun karşı tılsım ortağını içeren hadronlar, charmonium adı verilen bir kütle bölgesini işgal eder; tuhaf ve karşı tuhaf kuarklara sahip parçacıklar ise strangeonium'u doldurur. Bu sektörlerde birçok XYZ durumu tespit edilmiştir. 2006'da, DOE'nin SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki BaBar deneyindeki araştırmacılar, yaklaşık 2,16 milyar elektron volt (2,16 GeV) kütleye sahip olası bir strangeonium durumu bildirdiler ve buna Y(2175) adını verdiler. BaBar, Y(2175)'i elektronları ve pozitronları çarpıştırarak (e+e- yok oluşu) yarattı. Y(2175), düz bir kuark-antikuark çifti olarak açıklanması zor olabilecek kuantum davranışı gösterdi - iki tuhaf kuark ve uyarılmış gluonlar (güçlü kuvvet taşıyıcıları) içeren bir hibrit durum, dört kuarklı bir tetrakuark veya diğer bileşik parçacıkların molekül benzeri bir kombinasyonu olabilir.

Daha sonraki elektron-pozitron çarpıştırıcı deneyleri (Çin'de BES, Japonya'da Belle) Y(2175)'i doğruladı, ancak şimdiye kadar e+e- yok oluşu dışında hiçbir süreçle görülmemişti. "Zorluk şu ki, birçok