Ibland är de bästa upptäckterna de man inte letade efter
Den där känslan när man går till affären för mjölk och kommer hem med en full kärra? Fysikerna vid Thomas Jefferson National Accelerator Facility hade precis motsvarande ögonblick — fast på partikelnivå.
Forskarna var ute efter en specifik exotisk partikel kallad Y(2175). En gåta som förbryllat experter sedan 2006. Men så hittade de två nya strukturer som ingen hade förutsett. Och ärligt talat? Det här kan visa sig vara ännu mer spännande än det de egentligen sökte.
"Vi letade efter en bekräftad XYZ-kandidat med en fotonstråle men hittade istället två andra strukturer," sa Malte Albrecht, forskare vid Jefferson Lab. "Ny information helt enkelt."
Och i fysikvärlden betyder "ny information" ofta "vi öppnade precis en dörr till något fantastiskt."
Vad är XYZ-tillstånd?
Här blir det konstigt på riktigt. Du minns väl atomer från skolan? Protoner, neutroner, elektroner. Och att protoner och neutroner består av kvarkar. Enkelt, eller?
Men universum hade andra planer.
Vissa partiklar passar helt enkelt inte in i berättelsen vi trodde oss förstå. XYZ-tillstånden är en hel familj subatomära partiklar som verkar följa egna regler. De är varken typiska kvark-antikvarkpar (mesoner) eller vanliga trekvark-kombinationer (som protoner och neutroner). De verkar vara något helt annat.
Kanske är de "hybridpartiklar" med exciterade gluoner — de partiklar som håller ihop kvarkarna. Kanske är de "tetraquarkar" — fyrakvark-konstellationer som låter som science fiction. Eller något vi inte ens föreställt oss.
"En av mina medarbetare jämförde det med 1950-talet," sa Frank Nerling, fysiker vid projektet. "Då upptäckte forskare plötsligt en hel 'zoo' av partiklar. Nu ser vi något liknande — en zoo av dessa exotiska tillstånd."
Y(2175) — Gåtan
Låt oss prata om Y(2175) specifikt. Partikeln hittades först 2006 av BaBar-experimentet vid SLAC och har förbryllat forskare i nästan tjugo år.
Vad är så konstigt med den? För det första lever den i "strangeonium"-området — partiklar som innehåller strange-kvarkar. Men Y(2175) beter sig lite... fel. Dess kvantegenskaper stämmer inte överens med vad vi förväntar oss av ett normalt kvark-antikvarkpar.
Knepigheten? Varje gång forskare hittat den, använde de samma metod: kollisionsstudier mellan elektroner och positroner (deras antimateria-tvillingar). Det är som att bara hitta en viss fågel i en specifik skog — man börjar undra om man bara missar var den faktiskt lever.
Det där förändrades med GlueX-experimentet vid Jefferson Lab.
En ny infallsvinkel
Det som gör den här upptäckten genuint intressant: forskarna använde en fotonstråle mot ett protonmål. Jämför det med elektron-positron-kollisionerna som tidigare var det enda sättet att spåra Y(2175).
Tänk dig det så här: du har bara hittat fyrklöver på soliga ängar. Sedan bestämmer sig någon för att leta på den skuggiga skogsmarken och hittar inte bara fler fyrklöver — utan två helt nya sorters klöver som ingen visste fanns.
Ungefär så kan man se det.
"Vi är i en ny era," konstaterade Nerling. Och han har rätt. Efter decennier av Standardmodellen som gett oss tydliga svar om partikelbeteende, simmar vi plötsligt i exotiska partiklar som inte vill passa in i våra prydliga kategorier.
Varför ska du bry dig?
Rättvis fråga. De flesta av oss är inte partikelfysiker och chansen att det här påverkar din tisdag är ganska liten.
Men här är varför det spelar roll: vi lär oss fundamentalt mer om hur verkligheten fungerar på sin mest grundläggande nivå. Den starka kärnkraften — en av naturens fyra grundläggande krafter — är det som håller ihop kvarkar till allt vi ser. Dessa exotiska XYZ-tillstånd är i praktiken den starka kraften som visar upp sig, skapar strukturer vi inte förutsett.
Varje gång vi upptäcker något som utmanar våra modeller måste vi fråga: Är vår förståelse ofullständig? Eller är universum mer kreativt än vi trodde?
Baserat på de här resultaten? Jag satsar på universumets kreativitet.
Jakten fortsätter
Vad händer nu? Forskarna behöver bekräfta de två nya strukturerna och lista ut exakt vad de är. Är de hybridpartiklar? Tetraquarkar? Något helt annat?
Den goda nyheten är att flera detektionsmetoder (fotonstrålar och elektron-positron-kollisioner) betyder att forskare kan jämföra resultat och bygga en fullständigare bild. Det är som att ha flera vittnen till samma mystiska händelse — ju fler perspektiv, desto klarare blir berättelsen.
Och ärligt talat? Jag älskar att de här fysikerna snubblade över något oväntat. Vetenskapen följer sällan en rak linje från fråga till svar. De bästa upptäckterna kommer ofta från att hålla ögonen öppna när universum överraskar en.
Malte Albrecht uttryckte det perfekt: "Ny information helt enkelt."
Ny information. Och i ett fält där vi ständigt påminns om hur mycket vi fortfarande inte förstår, känns det som en ganska bra utgångspunkt.
Källa: ScienceDaily