Một gia đình mới của tetraquark đẹp-duyên

Khám phá miền phức tạp của các hạt hạ nguyên tử, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học toán học (IMSc) và Viện nghiên cứu Khoa học cơ bản Tata (TIFR) mới đây đã xuất bản một phát hiện mới. Nghiên cứu của họ đã chiếu rọi một chân trời mới trong sắc động lực học lượng tử (QCD), làm sáng tỏ về các hạt hạ nguyên tử lạ và thúc đẩy các đường biên hiểu biết của chúng ta về lực tương tác mạnh.

Bài báo được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters 1

Nòng cốt của khám phá là lực tương tác mạnh bí ẩn, thứ lực tạo ra gần như tất cả khối lượng của các vật chất nhìn thấy trong vũ trụ này. Một số các hạt cơ bản, như các hạt quark, gắn kết trong những tương tác đầy hấp dẫn thông qua trao đổi những hạt gluon, tạo ra tất cả các hạt hạ nguyên tử thành phần để cuối cùng hình thành tất cả các vật chất nhìn thấy trong vũ trụ của chúng ta.

Trung tâm của hiểu biết này là lý thuyết Sắc động lực học lượng tử (QCD), vốn chi phối động lực học của các tương tác mạnh. QCD cho phép sự hình thành của các kết hợp trung hòa sắc của các hạt quark thành các hạt hạ nguyên tử được khái quát hóa quy cho các hadron. Về cơ bản, các hadron đã được phân loại vào hai hạng mục chính: các meson, như các pion, bao gồm một quark và một phản quark, và các baryon, giống như các hạt proton, bao gồm ba quark.

Tuy nhiên, ngoài các phân loại này còn có các hadron lạ, bao gồm những hạt được tạo thành bốn, năm, hoặc sáu quark, và ngay cả các hạt gồm các gluon, như các glueball (các hạt tổng hợp mang tính giả thuyết). Cho đến gần đây, với các nhà vật lý hạt, sự tồn tại của các hadron lạ còn là một vùng đất lạ rộng lớn vẫn chưa được thám hiểm.

Hơn một thập kỷ qua, một chùm khám phá bằng thực nghiệm đã chiếu rọi vào miền chưa biết này, phát hiện ra một phổ giàu có các hadron lạ không tuân theo những khái niệm thông thường của lực tương tác mạnh và thách thức hiểu biết của chúng ta về các hạt cơ bản.

Giữa các hadron lạ này có các tetraquark, những hạt được tạo thành từ bốn quark (chính xác hơn thì hai quark và hai phản quark). Chúng có thể tồn tại trong các hình thức compact cao hoặc như các phân tử gắn kết hai meson hoặc những hạt khác: các cấu trúc chính xác của chúng vẫn còn là một bí ẩn. Chúng được coi là phổ biến bậc nhất trong các vấn đề lạ và cần nhiều khám phá hơn nữa trong tương lai.

Những nghiên cứu lý thuyết có thể tham gia vào những phát hiện đó thông qua việc dự đoán các thành phần quark của chúng và phạm vi năng lượng có thể. Trong công trình mới, giáo sư Nilmani Mathur và một postdoct, TS. Archana Radhakrishnan, Khoa Vật lý lý thuyết TIFR, và TS. M. Padmanath ở IMSc đã dự đoán được sự tồn tại của một tetraquark mới. Hạt hạt nguyên tử mới được cấu tạo từ một quark đẹp và một quark duyên cùng với hai phản quark nhẹ, và nó thuộc về một gia đình tetraquark, Tbc: các tetraquark đẹp-duyên.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng cơ sở tính toán của Sáng kiến lý thuyết đo lưới Ấn Độ (Indian Lattice Gauge Theory Initiative ILGTI) để thực hiện phép tính của mình. Họ đã kiểm tra sự hình thành của hạt tetraquark này sử dụng những tương tác giữa một meson đáy và một meson duyên. Sử dụng vô số kỹ thuật ở khắp các không gian lưới và hóa trị các khối lượng quark nhẹ, nghiên cứu này tìm hiểu các giá trị riêng năng lượng của các hệ meson tương tác bên trong các thể tích hữu hạn và đi đến kết luận về sự tồn tại của hạt tetraquark này.

Tương tự với các hạt đã được dự đoán là có thể có những hạt tetraquark khác với thành phần quark như vậy nhưng khác biệt về spin và tính chẵn lẻ. Dự đoán này đến tại một khoảnh khắc tình cờ,  trùng khớp phát hiện mới về một tetraquark (Tcc) chứa hai quark duyên và hai phản quark nhẹ.

Do đó, các nhà khoa học cho rằng, có thể dùng những phương pháp thực hiện tương tự để phát hiện ra một hạt mới đã được dự đoán hoặc một hạt liên quan.

Hơn nữa, năng lượng kết hợp của các hạt được dự đoán có thể vượt quá bất kỳ tetraquark nào đã được khám phá và những liên kết yếu như khối lượng của hạt quark nhẹ gia tăng, gợi ý đến động lực học kích thích của các tương tác mạnh khắp các cơ chế khối lượng quark khác nhau cũng như giải thích các đặc điểm thú vị của lực tương tác mạnh trong sự hình thành hadron, cụ thể là những hạt chứa quark nặng.

Kết quả này góp phần thúc đẩy nhiều nỗ lực tìm kiếm các hạt hạ nguyên tử lạ nặng hơn bằng những thực nghiệm thế hệ mới, có thể được triển khai để giải mã lực tương tác mạnh và khám phá toàn bộ tiềm năng của nó.

Thanh Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-05-family-beautiful-charming-tetraquarks-illuminates.html

https://www.tifr.res.in/portal/all_science_news.php

—————————————–

1.https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.201902

Tác giả