Phát hiện loại hạt nguyên tử mới

Hình mô phỏng cấu tạo của một hạt pentaquark gồm 4 hạt quark và 1 phản hạt quark. Ảnh: CERN

Khám phá trên liên quan tới quark - các hạt cơ bản tạo nên proton và neutron trong hạt nhân nguyên tử. Hạt mới được gọi là pentaquark, nghĩa là cấu tạo của nó gồm 5 hạt quark. Cho mãi tới gần đây, các nhà vật lý mới chỉ thấy những hạt nguyên tử có thành phần cấu tạo từ 2 hoặc 3 hạt quark.

Sự tồn tại của hạt pentaquark được phỏng đoán đến lần đầu tiên vào những năm 1960. Tuy nhiên, cũng tương tự như hạt boson Higgs (còn gọi là "Hạt của Chúa"), các nhà khoa học không thể chứng minh được sự tồn tại của nó suốt nhiều thập niên cho tới khi nó được phát hiện trong máy LHC, máy gia tốc hạt lớn nhất và cung cấp gia tốc mạnh nhất trên thế giới, được thiết kế để nghiên cứu, phá vỡ những giới hạn và mặc định của mô hình chuẩn - những lý thuyết cơ bản hiện thời của vật lý hạt.

Năm 1964, hai nhà vật lý Murray Gell Mann và George Zweig đã đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của các hạt hạ nguyên tử quark một cách độc lập. Họ đề xuất rằng, các thành phần then chốt của các hạt nguyên tử - baryons và mesons - được lý giải tốt nhất nếu bản thân chúng cũng cấu tạo từ những hạt thành phần khác. Zweig sử dụng thuật ngữ "aces" cho các khối xây dựng mới theo giả thuyết, nhưng Gell-Mann gọi chúng là hạt "quark".

Mô hình của Zweig và Gell-Mann cũng gợi mở sự tồn tại của các trạng thái khác của quark, chẳng hạn như pentaquark. Loại hạt giả thuyết này được cho là cấu tạo gồm 4 hạt quark và 1 phản hạt quark.

Vào giữa những năm 2000, nhiều nhóm nghiên cứu tuyên bố đã tìm thấy hạt pentaquark, nhưng các khám phá của họ đã bị các thử nghiệm về sau bác bỏ. "Đây cũng là lí do tại sao chúng tôi rất cẩn trọng khi đệ trình báo cáo nghiên cứu mới của mình", Patrick Koppenburg, đồng điều phối viên vật lý cho máy LHC tại Tổ chức nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN), cho biết.

Trong nghiên cứu mới, các chuyên gia vật lý đã tìm hiểu cách một hạt hạ nguyên tử có tên Lambda b  phân rã hoặc biến đổi thành 3 hạt khác bên trong máy LHC. Kết quả phân tích hé lộ, các trạng thái trung gian thỉnh thoảng có liên quan đến sự sản sinh 3 hạt này. Các trạng thái trung gian đó được đặt tên là Pc(4450)+ và Pc(4380)+.

Nhà vật lý Tomasz Skwarnicki đến từ Đại học Syracuse (Mỹ), một thành viên nhóm nghiên cứu mới, nói, ông và các cộng sự đã kiểm tra mọi khả năng của các tín hiệu trên và kết luận rằng, chúng chỉ có thể được giải thích bằng các trạng thái pentaquark.

Phát ngôn viên LHC Guy Wilkinson bình luận: "Pentaquark không chỉ là một loại hạt mới ... Nó đại diện cho một cách kết hợp các hạt quark theo một dạng chưa từng quan sát được trước đây, trong hơn 50 năm nghiên cứu thử nghiệm. Nghiên cứu các đặc tính của nó có thể cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cách vật chất bình thường cấu thành như thế nào".