Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
Hva er et meson?
Nyere partikkelfysikk flommer over av underlige navn og betegnelser. Du kjenner kanskje den gamle atommodellen med en kjerne omgitt av et eller flere elektroner hvor kjernen bestod av protoner og nøytroner - og lenger ned kom man ikke. Det var oversiktlig og fint, men slik er det ikke lenger.
Ved kjemiske midler er riktignok atomet fremdeles udelelig, men ved fysiske midler kan det spaltes i de elementærpartikler atomet er bygget opp av. De er langt flere og stort sett mindre enn de tre typene i modellen over.
Fysikere ser nå materien som bygget opp av to hovedtyper fermioner. Disse to typene kalles henholdsvis leptoner og kvarker. Elektronet er fremdeles med, men er nå bare en av seks typer leptoner.
Kvarkene brukes blant annet til å bygge opp de “gamle” kjernepartiklene proton og nøytron. Begge disse partiklene består av tre kvarker. Kvarkene kan også brukes til å bygge noe som kalles mesoner. Et meson består av en kvark og en anti-kvark.
Man har aldri observert enkeltkvarker, de har alltid hengt sammen to eller tre. Jakten på kvarker i andre forbindelser har derfor vært intens, og i fjor kom første melding om at jakten kanskje kunne krones med hell - det så ut til at man hadde funnet en pentakvark.
I tillegg til disse materiepartiklene (leptoner og kvarker) finnes det en rekke partikler som er ansvarlig for vekselvirkninger mellom fermionene.
Den partikkelen man har oppdaget nå, er altså et meson. Det vil si en materiepartikkel som består av en kvark og en antikvark.
Mesoner deltar i sterk vekselvirkning, eller sterk kjernekraft om man vil. Det er denne kraften man utnytter i bomber og kraftverk. Mesoner er ustabile og lever bare i brøkdeler av et sekund før de deler seg i mindre partikler. Levetiden for mesoner er faktisk så kort at massen sees på som et slags spekter av masser som kalles partikkelens bredde eller spenn.
Denne effekten - at massen er usikker fordi partikkelen lever så kort - er et direkte resultat av Heisenbergs usikkerhetsprinsipp.
Forskere ved Fermilab har observert en ny subatomær partikkel. Den nye partikkelen er en kombinasjon av en såkalt “strange kvark” og en “charm antikvark”. Partikkelen er den tyngste som noen gang er observert i denne familien. Den oppfører seg på merkelige måter - den bryter reglene.
En regel er at jo tyngre et meson er, jo kortere vil det eksistere, før det nedbrytes til andre partikler. Denne nye partikkelen, som er så tung, lever likevel tre ganger så lenge som andre og lette mesoner.
Hvorfor lever partikkelen så lenge?
- Hvis dette mesonet hadde spilt med vanlige regler skulle det ha falt fra hverandre så fort at vi aldri ville ha oppdaget det, sier Peter Cooper ved Fermilab.
Når partikkelen først faller fra hverandre, bryter den reglene igjen. Mesonet “skulle” da ha blitt et k-meson, men i stedet blir det seks ganger så ofte til en såkalt eta-partikkel.
Hvorfor renner vannet ut av det lille hullet?
Fysikeren James Russ forsøker i alle fall å anskueliggjøre:
- Det er som å se en bøtte med vann og med et stort og et lite hull i bunnen. Av en eller annen grunn renner vannet seks ganger så fort ut av det lille hullet som av det store. Noe uvanlig må foregå inne i bøtta.
Det har han jo rett i. Jeg ville også ha undret meg over en sånn bøtte med vann. At partikkelen bryter reglene gjør den ekstra interessant. Den viser nye aspekter ved måten den sterke kjernekraften virker på inne i atomkjernen.
Hvorfor bryter mesonet reglene?
Det er den samme kraften som holder atomkjernen sammen som også kontrollerer partiklers nedbrytningstid. Hvorfor bryter dette nye mesonet de forutsigbare reglene for nedbrytning av andre mesoner? Hvor mange andre mønstre kan finnes?
"Fermilab er ikke noe småtteri. Ved partikkelakseleratoren og tilliggende herligheter jobber over 2 200 mennesker. Akseleratoren selv er mer enn seks km i omkrets. (Foto: Fermilab)"
Mesoner er altså svært kortlivede partikler. De er satt sammen av en kvark og en antikvark som er bundet sammen med den sterke kjernekraften.
Tung-lette mesoner egner seg for observasjon
I tung-lette mesoner er bevegelsene lettere å observere enn i andre mesoner. Den tunge kvarken forholder seg rolig, og man trenger bare å holde oversikt over bevegelsene den lette kvarken gjør.
- Denne nye partikkelen antyder noen interessante nye dynamiske aspekter av hvordan den sterke kjernekraften virker, og den åpner for mange nye undersøkelser både ved Fermilab og ellers i verden, sier Christopher Hill ved Fermilab.
Flere overraskende funn
Annonse
Men det bør nevnes at denne partikkelen hittil bare er observert i ett eksperiment. Den ser likevel ut til å føye seg inn i rekken av overraskende funn i partikkelfysikken den siste tiden.
Det har nemlig blitt funnet både flere såkalte pentakvarker (partikler som består av fem kvarker) og en partikkel som ser ut til å bestå av fire kvarker (x(3872)). I tillegg er det funnet et meson (Ds(2317)) som heller ikke oppfører seg som forventet.
