Hạt nguyên tử mới được phát hiện sau 50 năm tìm kiếm

Sự tồn tại của hạt pentaquark lần đầu được nêu ra trong những năm 1960. Tuy nhiên, cũng giống như hạt boson Higgs (Hạt của Chúa), các nhà khoa học không thể chứng minh sự tồn tại của hạt pentaquark trong nhiều thập kỷ, trước khi Máy gia tốc hạt lớn (LHC) khám phá ra nó trong thí nghiệm LHCb gần đây.

Năm 1964, hai nhà vật lý Murray Gell Mann và George Zweig độc lập đề xuất về sự tồn tại của hạt hạ nguyên tử quark . Họ đưa ra giả thuyết rằng, đặc tính quan trọng của các hạt nguyên tử baryons và mesons được lý giải tốt nhất nếu bản thân chúng cũng có cấu tạo từ những hạt thành phần khác. Zweig sử dụng thuật ngữ "aces" để gọi tên chúng trong giả thuyết, trong khi đó Gell Mann gọi là hạt "quark". Baryons là sự kết hợp của 3 hạt quark, còn meson là 2 hạt quark.

Mô hình cấu tạo của hạt pentaquark gồm 4 hạt quark và 1 phản hạt quark. Ảnh: CERN

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

Vào giữa những năm 2000, một số nhóm nghiên cứu tuyên bố phát hiện ra hạt pentaquark, nhưng khám phá của họ sau đó bị bác bỏ bởi nhiều thí nghiệm khác.

"Đây là lí do khiến chúng tôi rất thận trọng khi đệ trình báo cáo nghiên cứu mới của mình," BBC hôm 14/7 dẫn lời Patrick Koppenburg, điều phối viên vật lý cho thí nghiệm LHCb tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN).

Trong nghiên cứu mới, các nhà vật lý tìm hiểu cách thức để một hạt hạ nguyên tử có tên Lambda b phân rã hoặc biến đổi thành 3 hạt khác bên trong Máy gia tốc hạt lớn (LHC). Kết quả cho thấy, trạng thái trung gian đôi khi 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)+.

"Chúng tôi đã xem xét tất cả khả năng cho những dấu hiệu trên và đi tới kết luận rằng, chúng chỉ có thể được giải thích bởi sự tồn tại của trạng thái pentaquark," Tomasz Skwarnicki, nhà vật lý tham gia thí nghiệm LHCb thuộc Đại học Syracuse, Mỹ, nói.

Guy Wilkinson, phát ngôn viên của LHCb bình luận: "Pentaquark không chỉ là loại hạt mới. Nó đại diện cho một cách để các hạt quark kết hợp lại với nhau, tạo thành những thành phần cơ bản của proton và neutron trong hạt nhân nguyên tử. Đây cũng là loại hạt chưa từng được quan sát trước đây, trong hơn 50 năm tìm kiếm, thử nghiệm".