في المسرعات، تولد أحيانًا جسيمات لا تندرج ضمن النمط المألوف المكون من كواركين أو ثلاثة كواركات. هناك جسيمان من هذا القبيل — Zb(10610) وZb(10650) — يقلقان الفيزيائيين منذ أكثر من عقد. إنهما يشبهان نظائر ثقيلة للبيونات، لكن مع علامة واضحة على تكوين كواركي من أربعة مكونات. السؤال هو كيف يتم ترتيب هذه الكواركات الأربعة.

هناك احتمالان رئيسيان. الأول: جميع الكواركات الأربعة تتركز في كتلة واحدة كثيفة — وهذا هو تيتراكوارك. الثاني: يشكل كواركان ميزونًا واحدًا، والكواركان الآخران ميزونًا ثانيًا، ويرتبط هذان الميزونان ببعضهما على مسافة، مثل الذرات في الجزيء. بالنسبة لـ Zb(10610) وZb(10650)، هناك أيضًا احتمالات مختلطة — حيث يقضي الجسيم بعض الوقت ككتلة مدمجة وبعض الوقت كزوج ميزونات.

يقترح مؤلفو الدراسة الجديدة طريقة للتمييز بين هذه السيناريوهات دون "تشريح" مباشر للجسيم. لقد حسبوا ما سيحدث إذا تم توجيه حزمة من الفوتونات عالية الطاقة (61–90 GeV) نحو نواة الكربون أو التنغستن. يمكن للفوتون أن يصطدم ببروتون أو نيوترون في النواة وينتج جسيم Zb. بعد ذلك، يطير هذا الجسيم عبر المادة النووية، وهنا تظهر بنيته الداخلية. يمر التيتراكوارك المدمج عبر النواة دون عوائق تقريبًا، مثل رصاصة عبر الضباب. أما الجزيء المترهل المكون من ميزونين فله حجم أكبر، وبالتالي يتفاعل كثيرًا مع النويات ويُمتص — مثل إسفنجة يصعب دفعها عبر شبكة ضيقة.

تظهر الحسابات أن ناتج جسيمات Zb وتوزيعها حسب الزخم يختلفان بشكل ملحوظ بين السيناريوهات المختلفة. على سبيل المثال، عند طاقة فوتون تبلغ 75 GeV وخروج الجسيمات بزوايا صغيرة (0–5 درجات)، ستكون نسبة النواتج على التنغستن والكربون للتيتراكوارك المدمج واحدة، وبالنسبة للحالة الجزيئية مختلفة. هذه الاختلافات كبيرة بما يكفي لتتمكن التجارب المستقبلية من رصدها بشكل موثوق.

ستوفر مصادمات الإلكترون-أيون المخطط لها في الولايات المتحدة والصين اللمعان والدقة اللازمين لمثل هذه القياسات. إذا تطابقت البيانات مع أحد التنبؤات، فسنعرف أخيرًا كيف تتكون هذه الجسيمات الغامضة. وهذا بدوره سيساعدنا على فهم كيف تتجمع الكواركات في تركيبات أكثر تعقيدًا من الأزواج والثلاثيات المألوفة.

هكذا يتعلم الفيزيائيون تدريجيًا "فحص" الهادرونات الغريبة دون تدميرها. وربما في السنوات القليلة القادمة، سيتم حل لغز جسيمات Zb.