ארבעה חלקיקים שונים שהתגלו מחזקים את ההשערה שקווארקים לא חייבים להסתדר רק בשלשות או זוגות. הגילוי עשוי לסייע בפתרון אחת התעלומות הגדולות בפיזיקה

מדענים במאיץ ההדרונים הגדול בז'נבה (LHC) דיווחו על גילוים של ארבעה חלקיקים שונים מסוג טטרה-קווארק, כלומר חלקיקים תת-אטומיים המורכבים מארבעה קווארקים. אחד החלקיקים כבר נצפה בעבר בניסויים אחרים, אך שלושת האחרים נמצאו כעת בפעם הראשונה. נוסף על המסה של החלקיקים מדדו המדענים תכונות נוספות שלא נבדקו בעבר, דבר שיעזור לשפוך אור על אופיים.

כל החומר סביבנו מורכב מאטומים, שהגרעינים שלהם כוללים שני סוגים של חלקיקים: פרוטונים ונייטרונים, שמורכבים בתורם מחלקיקים בשם קווארקים. הקווארקים הם חלקיקים יסודיים, שלמיטב הבנתנו אי אפשר לפרק אותם לאבני בניין קטנות יותר.

כבר בשנות ה-60 התגלה כי גם הפרוטון וגם הניוטרון מורכבים משלושה קווארקים. בשנים ההן התגלו חלקיקים רבים המורכבים משני קווארקים (ליתר דיוק מקווארק ואנטי-קווארק) וחלקיקים נוספים על הפרוטון והנייטרון המורכבים משלושה קווארקים. כמעט בן רגע התעורר דיון בשאלה אם יש גם חלקיקים אקזוטיים שמורכבים ממספר גדול יותר של קווארקים.

החיפוש אחר חלקיקים כאלה נעשה במאיצי חלקיקים כמו LHC. מאיצים בהם מספר רב של פרוטונים למהירות הקרובה למהירות האור וגורמים להם להתנגש אלה באלה באנרגיה אדירה. בהתנגשויות החלקיקים מתפרקים למרכיביהם, ולעתים נדירות נוצרים גם צירופי חלקיקים לא שגרתיים. ככל שמספר ההתנגשויות רב יותר כך גדל הסיכוי לראות אירוע נדיר שכזה. במאיץ ה-LHC, לדוגמה, מתרחשות למעלה מחצי מיליארד התנגשויות בשנייה.

עד לעשור האחרון לא נצפו חלקיקים המורכבים מיותר משלושה קווארקים, בין השאר בשל קשיים טכניים. בניסויים כאלה קשה מאוד להבחין בין טטרה-קווארק אחד לבין שני חלקיקים שונים המורכבים כל אחד משני קווארקים. בעקבות שיפורים טכנולוגיים מצטברות בשנים האחרונות עדויות לקיומם של יותר ויותר חלקיקים בעלי ארבעה קווארקים (טטרה-קווארק) ולאחרונה אפילו חמישה קווארקים (פנטה-קווארק). החלקיקים האלה מתפרקים בדרך כלל בתוך שברירי שניות, והפיזיקאים מנסים לפענח אם הם אכן נוצרו בעזרת גלאים רגישים המגיבים עם החלקיקים שנוצרו בהתנגשויות או עם תוצריהם.

כל חלקיקי הטטרה-קווארק שהתגלו כעת בניסוי LHCb מורכבים מאותם ארבעה קווארקים אך שונים זה מזה בסידור הפנימי של החלקיקים – דבר שעדיין אינו מובן היטב מבחינה תיאורטית.

סודות היקום
קיומם של טטרה-קווארקים ופנטה-קווארקים נדיר ביותר והסיכוי שנצפה בהם מחוץ למאיצי החלקיקים שואף לאפס. אף על פי כן, מדידות מדויקות שלהם יכולות לספק מידע על אחת התעלומות של הפיזיקה ולהסביר איך קווארקים נקשרים יחד ליצירת חלקיק גדול יותר. התעלומה הזאת קשורה גם לשאלה מדוע אי אפשר לראות קווארק בודד, אלא רק חלקיקים המורכבים מצירופי קווארקים. השאלה קשורה בטבעו של הכוח הגרעיני החזק וגם באחת משבע בעיות המילניום במתמטיקה. פותר הבעיה יזכה בפרס של מיליון דולר, וחשוב מכך – יפענח את אחד מסודות היקום.