Các nhà vật lí tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) vừa phát hiện hai hạt hạ nguyên tử chưa từng thấy trước đây. Những hạt Ξb này đã được dự đoán bởi mô hình quark và được ước tính có khối lượng chừng gấp sáu lần khối lượng proton, nhưng các thí nghiệm trước đây chưa hoạt động ở năng lượng đủ cao để tạo ra những hạt nặng này. Phát hiện mới mang lại những số đo chính xác mới của khối lượng Ξb , từ đó ràng buộc chặt chẽ hơn các lí thuyết vật lí hạt.
Các quark có ba họ: trên/dưới (up/down), lạ/duyên (strange/charm), và đáy/đỉnh (bottom/top). Hồi năm 2007, các nhà vật lí đã quan sát thấy hạt đầu tiên có một quark thuộc từng họ: hạt Ξ−b , gồm một quark đáy, một quark lạ, và một quark xuống, cho nó điện tích – 1. Tuy nhiên, đây chỉ là phiên bản khối lượng thấp nhất của kết hợp quark ba họ này. Lí thuyết quark dự đoán sự tồn tại của hai họ hàng khối lượng cao hơn của Ξ−b , gọi là Ξ′−b và Ξ∗−b , chúng được đặc trưng bởi spin tương ứng 1/2 và 3/2.
Để xác nhận sự tồn tại của những hạt Ξ−b thời gian sống ngắn này, thí nghiệm LHCb tại CERN đã tìm kiếm bằng chứng của các phân hủy Ξ−b trong dữ liệu va chạm proton-proton ở các mức năng lượng 7 và 8 TeV. Đặc biệt, họ đã nghiên cứu các phân hủy thành một hạt Ξ0b trung hòa và một pion tích điện âm (π −). Họ quan sát các dấu hiệu cho hai hạt ở khối lượng 5935 và 5955 MeV, tương ứng với Ξ′−b và Ξ∗−b . Các kết quả trên xuất hiện bất ngờ, vì nhiều mô hình dự đoán rằng hạt Ξ′−b không đủ nặng để phân hủy theo kênh này, và một tìm kiếm tại một thí nghiệm CERN khác không tìm thấy phân hủy tương đương của một hạt liên hệ gần gũi Ξ′0b . Sử dụng các số đo khối lượng mới, rất chính xác trên, các nhà lí thuyết sẽ có thể cải thiện các mô hình của họ – đặc biệt là các mô hình dự đoán khối lượng của các hạt được cấu tạo bởi các quark.
Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: APS Phyics
