Pentaquark

Um pentaquark é uma partícula subatômica composta de cinco quarks que foi prevista por teóricos em 1997.

A busca por pentaquarks (e tetraquarks ) tornou-se um assunto de estudo por direito próprio na física experimental, e vários pentaquarks foram produzidos no LHC , tipo c c qqq.

Histórico

A existência de pentaquarks foi inicialmente prevista por Maxim Polyakov , Dmitri Diakonov (de) e Victor Petrov do Instituto de Física Nuclear de São Petersburgo (ru) em 1997 ; mas sua teoria foi recebida com ceticismo .

No entanto, um novo grupo, o dos bárions exóticos , foi introduzido na classificação das partículas após sua descoberta. Este grupo contém pentaquarks e outras partículas semelhantes.

Vários experimentos teriam destacado a existência de pentaquarks:

o foi o primeiro a ser observado, em 2003 , e tem massa de aproximadamente 1.540 MeV . Esses resultados são controversos, no entanto. Diz-se que o pentaquark foi observado pela primeira vez em $\ Theta ^ {+}$ $\ Theta ^ {+}$ 14 de janeiro de 2003por Takashi Nakanon (ja) da Universidade de Osaka . O experimento foi confirmado por Kenneth Hicks do Jefferson Lab . O anúncio oficial foi publicado na revista Physical Review Letters on4 de julho de 2003. O experimento envolveu fazer um raio gama de alta energia interagir com um próton e um nêutron , criando um méson K - e um pentaquark , o . Este último durou cerca de 10-20 segundos antes de se transformar em um méson K + e um nêutron. $[ud] [ud] {\ bar s}$ $\ Theta ^ {+}$ O artigo de 2017 especifica: " Experimento SPring-8 (no) no Japão, uma partícula interpretada como um pentaquark com uma massa 1,6 vezes mais massiva do que um próton (de acordo com o cálculo de 1997) e uma vida útil da ordem de 10 −23 segundos . Agora é muito improvável que seja realmente um pentaquark ” ${\ displaystyle [uu] [dd] {\ bar {s}}}$ $\ Theta ^ {+}$ .
a 17 de março de 2004, o primeiro pentaquark contendo um quark charme , le , teria sido observado usando o acelerador de partículas alemão HERA . $\ Theta _ {c} ([ud] [ud] {\ bar c})$ Esses resultados foram questionados em 2005 por pesquisadores do Jefferson Lab que não conseguiram detectar a partícula, apesar de uma precisão estatística dez vezes maior do que a pesquisa realizada por seu laboratório e outros em 2004. Além disso, ao analisar o registro anterior que os levou a afirmar a existência do pentaquark, os físicos concluíram que o sinal era apenas fracamente distinguido do ruído de fundo.
a 14 de julho de 2015, O CERN anuncia oficialmente que os dados fornecidos pelo detector LHCb do Grande Colisor de Hádrons possibilitaram observar partículas compostas por cinco quarks (dois up , um down , um encanto e um anti- encanto ) e carga +1, durante o decaimento do barião . ${\ displaystyle [uc] [{\ bar {c}} u] d}$ ${\ displaystyle (\ Lambda ^ {0}) _ {b}}$
a 5 de junho de 2019, a colaboração LHCb publica a descoberta de três novos estados do mesmo pentaquark, de massas 4.312, 4.440 e 4.457 MeV . Todos os três são compostos de dois quarks up , um down , um charme e um anticharme , mas que seriam organizados de forma diferente.

Características e estrutura

A organização interna do pentaquarks está sujeita a debate.

Para alguns teóricos, um pentaquark é simplesmente, como um bárion ou um méson , um conjunto não estruturado de quarks ligados pela troca de glúons .
Para outros, um pentaquark é composto por dois diquarks (en) e um antiquark . Portanto, o número bariônico de um pentaquark é: ${\ displaystyle q = 2 \ times \ left ({\ frac {2} {3}} - {\ frac {1} {3}} \ right) + \ operatorname {opp} \ left (- {\ frac {1 } {3}} \ direita) = 1}$ .
Uma terceira hipótese, denominada "molecular", é que um pentaquark é composto por um bárion (três quarks ligados pela troca de glúons) e por um mesão (um quark e um antiquark ligados pela troca de glúons)., Ligados por a troca de mésons pi . A descoberta pelo experimento LHCb de três novos estados do mesmo pentaquark confirma esta hipótese: por um lado, as massas correspondentes a esses três estados são ligeiramente menores que a soma das massas de um bárion e um méson (ou de um méson em um estado excitado, dependendo do caso), sinal de uma ligação bárion-méson e, por outro lado, o confinamento do quark encantado e sua antipartícula em dois conjuntos separados (o bárion e o méson, respectivamente) explicaria que eles não se aniquilem.

Listagem

Os pentaquarks observados ou previstos pela teoria são:

Nome (composição)	Estado	Massa (incerteza) MeV
$\ Theta ^ {+} ([ud] [ud] {\ bar s})$	Observado	1.539 (95)
$\ Theta _ {c} ([ud] [ud] {\ bar c})$	Observado, não confirmado	2 977 (109)
$\ Xi ^ {{-}} ([ds] [ds] {\ bar u})$	Observado	1.826 (87)
$N ^ {+} ([ud] [ud] {\ bar d})$	Pode corresponder à ressonância Roper N (1440) P11	1.460 (51)
$N_ {c} ^ {-} ([ud] [ds] _ {+} {\ bar c})$	Hipotético	3 180 (69)
$N_ {c} ^ {0} ([ud] [us] _ {+} {\ bar c})$	Hipotético	3 180 (69)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {{-}} ([ds] [ds] {\ bar c})$	Hipotético	3.650 (95)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {-} ([ds] [us] _ {+} {\ bar c})$	Hipotético	3.650 (95)
$\ Xi _ {{5c}} ^ {0} ([us] [us] {\ bar c})$	Hipotético	3.650 (95)
$T_ {c} ^ {-} ([ud] [ds] _ {-} {\ bar c})$	Hipotético	2.785 (46)
$T_ {c} ^ {0} ([ud] [us] _ {-} {\ bar c})$	Hipotético	2.785 (46)
$T _ {{cs}} ^ {-} ([us] [ds] _ {-} {\ bar c})$	Hipotético	entre 2.580 e 2.910 $\ simeq$ $\ simeq$
$\ Theta _ {b} ([ud] [ud] {\ bar b})$	Hipotético	entre 6.050 e 6.400 $\ simeq$ $\ simeq$
${\ displaystyle? \ ([duc] [u {\ bar {c}}])}$	Observado	4.312, 4.440 e 4.457

A existência de outros pentaquarks estranhos, por exemplo contendo dois quarks e um antiquark , foi proposta. $s$ ${\ bar b}$

Notas e referências

Notas

c: quark encantado , c : antiquark encantado, q: quark leve .
Na realidade, os estados em 4.440 e 4.457 MeV substituir o Estado em 4450 MeV anunciou em 2015.

Referências

Georg Wolschin " De quarks para pentaquarks " Para a ciência , n o 471,janeiro de 2017, p. 27.
Wolschin 2017 , p. 27
(em) " LHC como uma grande fábrica de descoberta de hádrons " no LHC ,3 de março de 2021(acessado em 3 de junho de 2021 ) .
(em) T. Nakano (ja) et al. , “ Evidence for a Narrow $S = + 1$ Baryon Resonance in Photoproduction from the Neutron ” , Physical Review Letters , vol. 91, n o 1,3 de julho de 2003, Artigo n o 012002 ( DOI /10.1103/PhysRevLett.91.012002 , lido on-line [PDF] , acessado em 3 de julho de 2021 ).
Wolschin 2017 , p. 26 e 28.
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" CERN: primeira observação conclusiva de pentaquarks " , Le Temps (acessado em 14 de julho de 2015 ) .
(en) R. Aaij et al. (Colaboração LHCb), “ Observação de um Estado de Pentaquark Narrow, $P c (4312) +$ , e da Estrutura de Dois Picos do $P c (4450) +$ ” , Physical Review Letters , vol. 122,5 de junho de 2019, Artigo n o 222001 ( DOI /10.1103/PhysRevLett.122.222001 , lido on-line [PDF] , acessado 07 de junho de 2019 ).
(in) Adrian Cho, " Novas pentaquarks dica no zoológico de matéria exótica " , Ciência , vol. 364, n o 6444,7 de junho de 2019, p. 917.

Veja também

Bibliografia

Georg Wolschin, “ From quarks to pentaquarks ”, Pour la science , n o 471,janeiro de 2017, p. 20-28.