خماسي الكوارك

إن اشتراط وجود الكوارك المضاد يعني صعوبة تحديد العديد من فئات البنتاكوارك تجريبيًا؛ فإذا تطابقت نكهة الكوارك المضاد مع نكهة أي كوارك آخر في المجموعة الخماسية، فسيلغي أحدهما الآخر، وسيشبه الجسيم نظيره الهادروني ثلاثي الكواركات. لهذا السبب، ركزت عمليات البحث المبكرة عن البنتاكوارك على الجسيمات التي لا يلغي فيها الكوارك المضاد وجوده. ^{[ 11 ]} في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ادعت عدة تجارب الكشف عن حالات البنتاكوارك. وعلى وجه الخصوص ، رُصد رنين بكتلة تم الإبلاغ عن طاقة 1540 ميغا إلكترون ^فولت / ثانية (4.6 سيجما ) بواسطة LEPS في عام 2003، Θ ⁺ [ ^{14 ] وقد تزامن} ذلك مع حالة خماسية الكواركات ذات كتلةتم التنبؤ بقيمة 1530  ميغا إلكترون فولت / c ² في عام 1997. ^{[ 15 ]}

تألفت الحالة المقترحة من كواركين علويين ، وكواركين سفليين ، وكوارك غريب مضاد واحد (uudd s ). بعد هذا الإعلان، أفادت تسع تجارب مستقلة أخرى برؤية قمم ضيقة من n K ⁺و p K ⁰، مع وجود كتل بينهما1522 ميغا إلكترون فولت  / ^ثانية و1555 ميغا إلكترون ^فولت  / ثانية ، جميعها أعلى من 4  سيجما. ^{[ 14 ]} على الرغم من وجود مخاوف بشأن صحة هذه الحالات، إلا أن مجموعة بيانات الجسيمات أعطت Θ ⁺حصلت على تقييم 3 نجوم (من أصل 4) في مراجعة فيزياء الجسيمات لعام 2004. ^{[ 14 ]} تم الإبلاغ عن حالتين أخريين من حالات البنتاكوارك، وإن كانتا بدلالة إحصائية منخفضة، وهما Φ ^{− −}(ddss u )، بكتلة1860 ميغا  _{إلكترون} ^فولت / ثانية² و Θ₀c (uudd ^c ) ، بكتلة3099 ميغا إلكترون فولت  / ^ثانية . وقد تبين لاحقًا أن كليهما كانا تأثيرين إحصائيين وليسا رنينًا حقيقيًا. ^{[ 14 ]}

ثم أجرت عشر تجارب بحثًا عن Θ ⁺لكنها خرجت خالية الوفاض. ^{[ 14 ]} اثنتان على وجه الخصوص (واحدة في BELLE ، والأخرى في CLAS ) كانتا تتمتعان بظروف مماثلة تقريبًا لتجارب أخرى ادعت أنها رصدت جسيم ثيتا الموجب (Θ ^{+) .}( ديانا وسافير على التوالي). ^{[ 14 ]} وخلصت مراجعة فيزياء الجسيمات لعام 2006 إلى ما يلي: ^{[ 14 ]}

لم يتم تأكيد أي من التجارب الأصلية التي زعمت رؤية Θ ^{+ إحصائياً بشكل قاطع.}أظهرت تجربتان متكررتان عاليتي الدقة من مختبر جيفرسون بوضوح خطأ الادعاءات الإيجابية الأصلية في هاتين الحالتين؛ كما أُجري عدد من التجارب الأخرى عالية الدقة، لم يجد أي منها أي دليل على وجود Θ ^+.وجميع المحاولات لتأكيد حالتي البنتاكوارك المزعومتين الأخريين باءت بالفشل. والخلاصة أن البنتاكواركات بشكل عام، و Θ ⁺، على وجه الخصوص، غير موجودة، ويبدو ذلك مقنعاً.

وذهبت مراجعة فيزياء الجسيمات لعام 2008 إلى أبعد من ذلك: ^{[ 6 ]}

هناك تجربتان أو ثلاث تجارب حديثة وجدت أدلة ضعيفة على وجود إشارات قريبة من الكتل الاسمية، ولكن ليس هناك أي جدوى من جدولتها في ضوء الأدلة الدامغة على أن البنتاكواركات المزعومة غير موجودة ... إن القصة بأكملها - الاكتشافات نفسها، والموجة الهائلة من الأوراق البحثية التي كتبها المنظرون وعلماء الظواهر والتي تلتها، و"الاكتشاف العكسي" في نهاية المطاف - هي حلقة غريبة في تاريخ العلم.

على الرغم من هذه النتائج السلبية ، استمرت نتائج LEPS في إظهار وجود حالة ضيقة بكتلة1524 ± 4 MeV/ c ²  ، مع دلالة إحصائية قدرها 5.1  σ. ^{[ 16 ]}

ومع ذلك، تبين لاحقًا أن هذا "الاكتشاف" كان بسبب منهجية معيبة ( https://www.osti.gov/biblio/21513283-critical-view-claimed-theta-sup-pentaquark ).

في يوليو 2015، حدد فريق LHCb في CERN البنتاكواركات في Λ ⁰ _b →J/ψK ⁻قناة p ، والتي تمثل اضمحلال باريون لامدا السفلي (Λ ⁰ _b ) إلى ميسون J/ψ (J/ψ) ، كاون (K ⁻) وبروتون (p). أظهرت النتائج أنه في بعض الأحيان، بدلاً من التحلل عبر حالات لامدا وسيطة، يتحلل Λ 0 ^b عبر حالات خماسية كوارك وسيطة. الحالتان، المسميتان P ⁺ _c (4380) _و P + ^c ₍ 4450) ، كانت لهما دلالة إحصائية فردية قدرها 9 σ و 12 σ على التوالي، ودلالة مشتركة قدرها 15 σ - وهو ما يكفي لاعتبارهما اكتشافًا رسميًا. استبعد التحليل احتمال أن يكون التأثير ناتجًا عن جسيمات تقليدية. ^{[ 1 ]} لوحظ أن حالتي الخماسي كوارك تتحللان بقوة إلى J/ψp ، وبالتالي يجب أن تحتويان على محتوى كوارك تكافؤ من كواركين علويين ، وكوارك سفلي ، وكوارك ساحر ، وكوارك ساحر مضاد ( u u d c c )، مما يجعلهما خماسي كوارك شارمونيوم . ^{[ 7 ] [ 10 ] [ 17 ]}   

لم يكن البحث عن البنتاكواركات هدفًا لتجربة LHCb (المصممة أساسًا لدراسة عدم تناظر المادة والمادة المضادة ) ^{[ 18 ]} ، ووصف منسق الفيزياء للتجربة الاكتشاف الظاهري للبنتاكواركات بأنه "صدفة" و"شيء عثرنا عليه بالصدفة". ^{[ 12 ]}

إنتاج البنتاكواركات من الاضمحلالات الكهروضعيفة _{للباريونات} Λ⁰b له مقطع عرضي صغير للغاية ^، ولا يُقدّم سوى معلومات محدودة جدًا حول البنية الداخلية للبنتاكواركات. لهذا السبب، توجد العديد من المبادرات الجارية والمقترحة لدراسة إنتاج البنتاكواركات في قنوات أخرى.

من المتوقع دراسة البنتاكواركات في تصادمات الإلكترون-بروتون في تجارب القاعة  B E12-12-001A ^{[ 19 ]} والقاعة  C E2-16-007 ^{[ 20 ]} في مختبر جيفرسون . يتمثل التحدي الرئيسي في هذه الدراسات في الكتلة الكبيرة للبنتاكوارك، والتي ستُنتج في نهاية طيف الفوتون-بروتون في ديناميكيات مختبر جيفرسون. لهذا السبب، ينبغي أن تكون نسب التفرع غير المعروفة حاليًا للبنتاكوارك كبيرة بما يكفي للسماح برصدها في ديناميكيات مختبر جيفرسون. يُعد مصادم الإلكترون-أيون المقترح ، ذو الطاقات الأعلى، أنسب بكثير لهذه المشكلة.

اقترح شميدت وسيديكوف (2016) قناةً مثيرةً للاهتمام لدراسة البنتاكواركات في تصادمات البروتونات مع النوى. ^{[ 21 ]} تتميز هذه العملية بمقطع عرضي كبير نظرًا لغياب الوسائط الكهروضعيفة، وتتيح الوصول إلى دالة موجة البنتاكوارك. في التجارب ذات الهدف الثابت، تُنتَج البنتاكواركات بسرعات منخفضة في الإطار المختبري، ما يسهل رصدها. علاوةً على ذلك، إذا وُجدت بنتاكواركات متعادلة، كما تشير إليه عدة نماذج قائمة على تناظر النكهة، فقد تُنتَج أيضًا في هذه الآلية. يُمكن دراسة هذه العملية في تجارب مستقبلية عالية الإضاءة مثل After@LHC ^{[ 22 ]} وNICA. ^{[ 23 ]}

في 26 مارس 2019، أعلن فريق LHCb عن اكتشاف خماسي كوارك جديد، استنادًا إلى ملاحظات تجاوزت عتبة 5 سيجما، باستخدام مجموعة بيانات أكبر بكثير من مجموعة بيانات عام 2015. ^{[ 8 ]}

يُرمز إلى هذا الجسيم بـ P_{_c} (4312) ^⁺ (حيث يشير P_{_c} ⁺ إلى جسيم خماسي الكوارك من نوع شارمونيوم، بينما يشير الرقم بين قوسين إلى كتلة تبلغ حوالي 4312  ميغا إلكترون فولت)، ويتحلل هذا الجسيم إلى بروتون وميزون J/ψ. وكشفت التحليلات أيضًا أن الملاحظات السابقة المُبلغ عنها للجسيم الخماسي P_{_c} (4450) ^⁺ كانت في الواقع متوسط ​​رنينين مختلفين، يُرمز إليهما بـ P _{_c} (4440)^⁺ و P _{_c} (4457) ^⁺ . ويتطلب فهم هذا الأمر مزيدًا من الدراسات.

في 5 يوليو 2022، أعلن فريق LHCb عن اكتشاف خماسي كوارك جديد آخر، ^{[ 24 ]} بدلالة إحصائية قدرها 15 سيجما. يُطلق عليه اسم P _ψs ^Λ (4338) ⁰ ، ويُوصف تركيبه بأنه udsc c ، وهو أول خماسي كوارك مؤكد يحتوي على كوارك غريب. ^{[ 25 ]}