Prof. Skwarnicki z amerykańskiego Uniwersytetu Syracuse był jednym z głównych autorów publikacji o odkryciu pentakwarkow, która w połowie lipca została wysłana do prestiżowego czasopisma „Physical Review Letters” (preprint: http://arxiv.org/abs/1507.03414) przez tzw. Współpracę LHCb, czyli zespół pracujący przy eksperymencie w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN).

„W latach 60. pojawiły się teorie, że cząstki, które wcześniej znano (np. protony, neutrony) składają się z czegoś jeszcze mniejszego” – powiedział PAP prof. Skwarnicki. Wyjaśnił, że zgodnie z teorią kwarków, cząstki składają się albo z trzech kwarków albo z jednego kwarku i jednego antykwarku. „Materia, z której jesteśmy zrobieni to bariony, a więc obiekty, które składają się z trzech kwarków. Ale w eksperymentach widzimy też często inne cząstki, które mają kwark i antykwark. Teoria kwarków miała to wytłumaczyć” – wyjaśnił badacz. Przyznał, że teoretycy od początku podejrzewali, że mogą istnieć też obiekty powstające ze złożeń np. dwóch par kwark-antykwark (tetrakwarki) albo pary kwark-antykwark z obiektem trójkwarkowym (pentakwark).

Choć więc modele nie wykluczały istnienia tetra- i pentakwarków, to przez dziesięciolecia nie potrafiono eksperymentalnie pokazać, że cząstki takie naprawdę istnieją. W międzyczasie – owszem – pojawiło się wiele doniesień o odkryciu pentakwarków (np. w latach 2003-2005), ale potem wszystkie te doświadczenia okazały się błędne – nie udawało ich się potwierdzić w dalszych, dokładniejszych badaniach. Teorie, które przewidywały istnienie pentakwarków, nie znajdowały więc potwierdzenia.

„To ciekawy efekt psychologiczny: fizycy po tej serii pomyłek doświadczalnych zaczęli się poddawać. Doszli do wniosku, że pentakwarki – choć mogłyby istnieć – to z jakiegoś powodu nie istnieją. Nasze odkrycie było więc o tyle niespodziewane, że większość fizyków przestała już o tym temacie myśleć” – powiedział prof. Skwarnicki.

Jednak dzięki eksperymentom przeprowadzonym w CERN w eksperymencie LHCb udało się w końcu potwierdzić najlepszego kandydata na tetrakwarka (publikacja z 2014 r. http://arxiv.org/abs/1404.1903) oraz odnaleźć pentakwarka (wyniki wysłano do publikacji w połowie lipca br.).

„Nie boję się, że ktoś to odkrycie unieważni. W naszym przypadku sygnał świadczący o tym, że to pentakwark, jest na tyle wyraźny, że pewnie szybko potwierdzi się jako prawdziwy. Tymczasem we wszystkich poprzednich, błędnych pomiarach, analogiczne sygnały były znacznie słabsze – na poziomie błędu pomiarowego – którym się potem zresztą okazały” – zapewnił badacz.

Pentakwark żyje naprawdę krótko – zaledwie setną część tryliardowej sekundy (10^-23 sek.). Jedyne, co mogą więc zobaczyć w Wielkim Zderzaczu Hadronów naukowcy to to, co zostanie po rozpadzie tych obiektów. Z badań wynika, że zaobserwowane pentakwarki składają się z trzech lekkich kwarków: dwóch górnych, jednego dolnego, a także z dwóch ciężkich kwarków: powabnego i antypowabnego. „To pierwszy pomiar, który twierdzi, że takie obiekty istnieją” – podsumowuje prof. Skwarnicki.

Naukowiec mieszka w Stanach Zjednoczonych od ponad 20 lat, ale początki jego kariery naukowej związane są z Polską: studiował fizykę na Uniwersytecie Jagiellońskim, a doktorat zrobił w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. „To, że teraz odnoszę sukcesy, niewątpliwie ma związek z tym, jak silne było krakowskie środowisko fizyków” – zaznacza badacz.