Ngũ quark

Ngũ quark( tiếng Anh là pentaquark) là một hạt hạ nguyên tử tạo bởi một nhóm gồm 5 hạt quark( để phân biệt với 3 hạt quark trong mỗi baryon và 2 hạt quark trong mỗi meson), cụ thể hơn, nó bao gồm 4 hạt quark và 1 hạt phản quark. Do vậy chỉ số baryon của nó là 1 . Trước khi có tên là ngũ quark, người ta đã xếp nó vào một dạng hạt mới , gọi là hạt ngoại baryon. Một vài thí nghiệm kể từ năm 2003 đã cho rằng một ngũ quark có khối lượng vào khoảng 1540 MeV, là tổ hợp của 2 quark trên, 2 quark dưới và 1 phản quark lạ ( ${\rm {uudd{\bar {s}}}}$). Đây là một tổ hợp nhỏ nhất của các thành phần, với số baryon là 1 và số lạ dương.

5 hạt quark này không phải là thành phần hạt quark sơ khai trong mô hình dự đoán sự tồn tại của ngũ quark ban đầu. Hạt quark thứ 4 đã được phát hiện với tỉ khối trạng thái cao hơn so với biển Dirac cùng với năng lượng âm , trong khi phản quark lại có tỉ khối trạng thái thấp hơn, với năng lượng dương. Điều này dẫn đến việc, không cần nhiều năng lượng để tạo lên một lỗ hạt kích thích, do vậy ngũ quark nhẹ hơn 2 GeV hoặc nó có thể được dự đoán bởi những mô hình cấu tạo quark khác.

Lịch sử

Sự tồn tại của các ngũ quark đã được đặt giả thuyết bởi Maxim Polyakov, Dmitri Diakonov, và Victor Petrov thuộc Viện vật lý hạt nhân Petersburg, Nga năm 1997, nhưng dự đoán của họ đã gặp nhiều nghi vấn. Tuy vậy, sự tồn tại của ngũ quark đã được công bố lần đầu tiên vào tháng 7 , 2003 từ thí nghiệm của Takashi Nakano thuộc trường đại học Osaka , Nhật bản, và Ken Hicks thuộc phòng thí nghiệm Jefferson Lab ở Newport News, Virginia.Thí nghiệm của họ bắn một tia gamma vào một neutron, để tạo ra một meson và một ngũ quark. Tuy nhiên, hạt ngũ quark này chỉ tồn tại vẻn vẹn có $10^{-20}$ giây trước khi phân rã thành 1 meson và 1 neutron.

Song sự tồn tại của ngũ quark này đã dẫn đến nhiều cuộc tranh luận gay gắt. Để giải quyết vấn đề thông suốt, nhóm hợp tác CLAS đã thiết lập lại thí nghiệm này ở phòng thí nghiệm Jefferson Lab, với mục đích tìm kiếm những hạt ngũ quark như trước đó . Thí nghiệm hoàn toàn dựa vào may mắn. Nhóm CLAS đã tìm kiếm lại năm 2005 với việc làm tăng gia tốc các photo một cách mạnh mẽ và đẩy chúng vào trong hidrô lỏng . Trước đó, nhóm khoa học của Đức là SAPHIR đã tạo ra kết quả dương, nhưng nhóm CLAS lại tạo ra kết quả chính xác hơn 50 lần so với nhóm SAPHIR bằng việc thu thập dữ liệu lớn gấp 10 lần , với năng lượng ở phạm vi dự đoán là sẽ xảy ra phản ứng phân rã. Thành viên của nhóm CLAS là Raffaella De Vita thuộc viện vật lý hạt nhân quốc gia Italy, đã công bố kết quả ngày 17 tháng 4 năm 2005 tại hội nghị thường liên của hội vật lý Mỹ ở Tampa, Florida, chỉ ra rằng nhóm CLAS đã không có khả năng thu được kết quả như trước đó - không có bằng chứng nào về sự tồn tại của ngũ quark được phát hiện. Nhiều kết quả khác của nhóm CLAS ở Jefferson Lab được mong đợi ở cuối năm nay.

Cũng cần chú ý rằng, các thí nghiệm sau đó đã không thành công trong việc phát hiện ra ngũ quark tại năng lượng cao, là do các meson trao đổi tạo ra bộ máy triệt tiêu các gulon trao đổi có hương trung tính, điều này sau đó đã được ngăn chặn bởi luật OZI. Do vậy các giới hạn chặn trên của tốc độ tạo ngũ quark phụ dựa vào các kết quả âm của một số thí nghiệm, không đồng nghĩa với việc phủ định sự tồn tại của ngũ quark