Mer än tre år efter upptäckten av en aldrig tidigare sett subatomisk partikel, vet fysiker nu hur dessa partiklar - kallade pentaquarks - sätts samman.
Ny forskning avslöjar tre helt nya typer av pentaquarks och visar att de var och en är gjorda av två komponenter: ett tre-kvark kluster kallas en baryon och ett par av kvark och antikvark som kallas en meson.
"Vi fick en mycket skarpare bild, och vi sa:" Herregud, det finns saker i det som vi faktiskt inte har föreställt oss ", säger studieledaren Tomasz Skwarnicki, fysiker vid Syracuse University i delstaten New York.
Subatomisk struktur
Kvarkar är subatomära partiklar som finns i sex typer (upp, ner, konstigt, charm, botten och topp). De är byggstenarna för protoner och neutroner, som är gjorda av tre kvarkar per styck. Dessa tre-kvarkpartiklar är också kända som baryoner. En annan viktig partikeltyp är meson; dessa består vardera av en kvark och en antikvark. Antiquarks är de konstiga antimatera kusinerna av quarks.
På 1960-talet, när fysiker först teoretiserade om alla dessa kvarkar, insåg de att det inte fanns någon anledning att inte ha partiklar av fyra eller fem kvarkar, berättade Skwarnicki för Live Science. Men det hade inte funnits några experimentella bevis på fem-kvarkpartiklar eller pentaquarks - det vill säga förrän 2015, då Skwarnicki och hans kollegor upptäckte föremålen bland partiklarna som skapats av kollisioner i Large Hadron Collider i Genève.
Vid den tiden, sa Skwarnicki, var uppgifterna lite disiga. Sedan dess har forskarna ökat mängden data de har om dessa pentaquarks med en faktor nio. Det ledde till en mycket skarpare bild, sa Skwarnicki.
Bollar av kvarkar
Det första forskarna upptäckte var att det finns tre separata pentaquarks av tre unika massor bland LHC-partiklarna. En av dem har tidigare inte upptäckts. De två andra hade framträtt som en topp i spektrumet av partikelmassa i 2015-studien men framgår nu som två separata partiklar med separata massor.
Det viktigaste är att de nya uppgifterna avslöjar de interna strukturerna i dessa pentaquarks. Tidigare, sa Skwarnicki, var det inte klart hur de fem kvarkarna var ordnade inuti pentaquarken. Samverkade de alla med varandra? Eller fanns det i stället två kluster - en trekvark baryon och en meson (partikeln gjord av en kvark och en antikvark) som samverkade med varandra?
De nya uppgifterna avslöjar att det är det senare fallet. Baserat på hur kvarkarna förfaller - de är instabila och existerar bara kort innan de ändrar deras konfigurationer - de måste vara gjorda av interagerande baryoner och mesoner, sade Skwarnicki. Pentaquarks består av en charm quark, en anti-charm quark, två up quarks och en down quark. De har olika massor eftersom kvarkarna finns i olika kvanttillstånd.
"Betydelsen av de nya observationerna är att den nu pekar i en tydlig riktning," sade han. Varje pentaquark är gjord av en baryon med tre kvarkar inuti och en meson med en kvark och en antikvark.
"Det är som två separata bollar med kvarkar som klibbar fast vid varandra," sa Skwarnicki.
Skwarnicki presenterade resultaten 26 mars på fysikkonferensen Rencontres de Moriond i La Thuile, Italien. Forskarna planerar att göra ytterligare mätningar för att bekräfta sina resultat, sa Skwarnicki, och de planerar att söka efter fler pentaquark-arrangemang.
"Jag är faktiskt övertygad om att vi i framtiden kommer att se fler av dessa partiklar av pentaquark-typ," sade han.
