اولین علائم ماده‌ی عجیب

تقریباً همه جهان اطراف ما فقط از دو نوع كوارك تشكیل شده است، كواركهای بالا و پایین؛ در حالی كه شش نوع كوارك وجود دارد. محاسبات نظری نشان می‌دهد كه امكانات دیگری هم وجود دارد؛ موادی كه علاوه بر این دو كوارك شامل سومین كوارك سبك دیگر، كوارك شگفت، هم باشند. انتظار می‌رود كه تركیبهای نسبتاً پایداری از این سه نوع كوارك در نقاطی از جهان كه اوضاعی غیر متعارف دارند وجود داشته باشد، مثلاً درون ستاره‌های نوترونی. اما تاكنون همه تلاش‌هایی كه در راه تولید چنین تركیب‌هایی در شتاب دهنده‌ها انجام شده است بی ثمر بوده است.
در آوریل 1995 گروهی از فیزیك‌دانان آزمایشگاه ملی بروكهین گزارش دادند كه دو رویداد ثبت كرده‌اند كه احتمالاً شامل سبكترین نوع ماده شگفت است. این تركیب، كه آن را دی باریون H ⃘ می‌نامند، مجموعه‌ای از شش كوارك است كه دوتای آن‌ها كوارك شگفت‌اند. اما دو رویداد برای نتیجه‌گیری خیلی كم است. برای اینكه بتوان حرف محكمی در این باره زد باید دست كم 20 رویداد در اختیار باشد. با وجود این نظریه پردازان به هیجان آمده‌اند، زیرا نزدیك به دو دهه است كه به دنبال ماده شگفت می‌گردند و از نیافتن آن متعجب‌اند. بازیون‌های معمولی اطراف ما شامل سه كوارك‌اند كه با نیروی هسته‌ای قوی (رنگ) كنار هم قرار می‌گیرند. انا نظریه پردازان پیش‌بینی می‌كنند كه این پایدارترین شكل ماده بار یونی نیست. در واقع پیش بینی شده است كه تركیبی شامل شش كوارك – دو كوارك بالا، دو كوارك پایین و دو كوارك شگفت – پایدارترین تركیب كواركی است. این تركیب همان دی باریون H ⃘ است. اما باید توجه داشت كه این تركیب از نظر نیروی هسته‌ای قوی پایدار است. به خاطر بر هم‌كنش ضعیف، یك كوارك شگفت می‌تواند به كوارك پایین تبدیل شود، و در این صورت H ⃘ وا می‌پاشد. حاصل این واپاشی یك نوترون و ذره‌ای ناپایدار به نام ⃘ ⋀ است. ⃘ ⋀ یك كوارك بالا، یك كوارك پایین، و یك كوارك شگفت دارد. اما چون فرایند واپاشی فقط از طریق بر هم كنش ضعیف است، زمان واپاشی نسبتاً طولانی است؛ در حدود 9-10 ثانیه. این زمان برای مشاهده واپاشی در آزمایش‌های شتاب دهنده‌ها كافی است. آزمایش‌های بروكهیون در سال 1992 آغاز شد. روش كار این است كه در شتاب دهنده برخوردهایی به وجود می‌آورند كه تعدادی زیادی ذره كوتاه عمر، از جمله ذرات شامل كوارك شگفت، تولید كند. در موارد نادری ممكن است بین این ذرات یك H ⃘ هم تشكیل شود. برای تشكیل چنین ذرات كوتاه عمری از برخورد پروتون با هدف مس استفاده شد. سپس ذرات باردار حاصل را به وسیله یك میدان مغناطیسی از محیط خارج كردند. به این ترتیب، باریكه‌ای از ذرات خنثی به دست آمد. در سال 1992 به مدت یك ماه داده جمع آوری شد.
اما این بخش آسان كار است. بخش دشوارتر، تحلیل داده‌هاست. دو راه برای تشخیص H پیشنهاد شد. یكی اینكه ممكن است H ⃘ به یك حالت برانگیخته برود، و سپس به دو ⃘ ⋀ وابپاشد. دیگر اینكه ممكن است H ⃘ به یك ⃘ ⋀ و یك نوترون وابپاشد. كار تحلیل داده‌ها سه سال طول كشید؛ هیچ رویدادی متناظر با طرح واپاشی H ⃘ برانگیخته به دو ⃘ ⋀ به دست نیامد، اما دو رویداد به دست آمد كه با طرح واپاشی H ⃘ به ⃘ ⋀ و نوترون سازگار است. و ظاهراً هیچ توجیه طبیعی دیگری هم برایشان وجود ندارد. اما مشكل اینجاست كه فقط دو رویداد به دست آمده است و برای دو رویداد می‌شود انواع توجیه‌های غیر طبیعی تراشید.
قرار بود گروهی از دانشگاه بركلی، UCLA، و بروكهیون در چند سال آینده آزمایشی ترتیب دهند كه مسئله را حل كند. حساسیت این آزمایش باید 1000 برابر آزمایش قبلی باشد تا مسئله قطعی شود. امید انجام دهندگان این آزمایش آن است كه H ⃘ را اگر چنین ذره‌ای وجود داشته باشد، پیدا كنند. S