Физики нашли четыре «одинаковых с лица» экзотических тетракварка

Физики из коллаборации LHCb Большого адронного коллайдера открыли семейство из четырех элементарных частиц — тетракварков X(4140), X(4274), X(4500) и X(4700). Каждая из них состоит из двух кварк-антикварковых пар: очарованной и странной. Несмотря на одинаковый состав, ученые отмечают, что частицы обладают разными массами и внутренним строением. Находке посвящены два препринта, опубликованных1, 2 на сервере arXiv.org, краткое изложение доступно на сайте коллаборации.

Большая часть окружающей нас материи состоит из атомов, которые, в свою очередь можно поделить на электроны, нейтроны и протоны. В отличие от электронов, протоны и нейтроны можно разложить на другие фундаментальные составляющие — тройки из кварков. Эти фундаментальные частицы — составляющие адронной материи. Как правило их можно встретить в виде пар (в мезонах) и троек (в барионах — например, протонах и нейтронах), однако существуют и более экзотические состояния, в которых насчитывается четыре и даже пять кварков. Поодиночке кварки никогда не встречаются — это запрещено явлением конфайнмента.

Существуют шесть типов или ароматов кварков — нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и топ-кварк (истинный). Кроме того, у каждого типа кварков есть соответствующий ему антикварк. Эти характеристики определяют то, как частицы вступают в слабые взаимодействия.

Состояния, в состав которых входят четыре кварка, называются тетракварками. Первые свидетельства их существования были найдены лишь в 2003 году. Частицы привлекают внимание физиков, поскольку их внутреннее устройство до сих пор не до конца изучено. Новое семейство тетракварков, кроме того, еще и обладает необычным свойством — это первые экзотические частицы, в состав которых не входят «легкие» кварки — верхний и нижний. 

Намеки на существование частиц были найдены авторами в статистике протон-протонных столкновений, собранной LHCb за первые четыре года работы коллайдера. На существование тетракварков указал распад прелестного B+-мезона на J/ψ, φ и K+-мезоны — для этого авторы искали пики в шестимерном фазовом пространстве. Частицы проявлялись в виде пиков на диаграмме распределения суммарной энергии родившихся мезонов. Тетракварки образовывались в качестве промежуточных состояний между мезонами. 

Первый из тетракварков, X(4140) был обнаружен коллаборацией CDF еще в 2009 году на Тэватроне, но лишь сейчас физикам из LHCb удалось определить его внутренние параметры. Три остальные частицы были обнаружены впервые. Статистическая значимость находки всех четырех частиц превышает требуемые в физике элементарных частиц пять сигма, квантовые числа состояний были определены со значимостью по меньшей мере в четыре сигма. 

По словам физиков, кварковый состав новых состояний (очарованные кварк и антикварк и странные кварк и антикварк) может указывать на то, что внутренние связи в тетракварках могут быть сильнее, чем в других известных экзотических частицах. Внутренняя структура тетракварков, как отмечают ученые, может отвечать паре мезон-антимезон, каждый из которых состоит из очарованного и странного кварков. Эти структуры обмениваются между собой кварками, в результате чего и образуются J/ψ и φ-мезоны, которые затем фиксируются детекторами.

Ранее мы сообщали об открытии четырехароматного кварка в архивных данных коллаборации DZero Тэватрона. В его состав входят кварки четырех разных ароматов, в то время, как в частицах нового семейства лишь два разных квантовых аромата. Год назад LHCb сообщила об открытии первых пентакварковых состояний. 

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Научное издательство Microbiology Society приостановило публикацию статей из России

Британское Микробиологическое общество (Microbiology Society), которое выпускает пять научных журналов, объявило, что останавливает работу со статьями, при подготовке которых использовалось российское бюджетное финансирование или с участием авторов, аффилированных с организациями, публично поддержавшими боевые действия на территории Украины. Эта пауза продлится до момента, когда украинские микробиологи смогут безопасно продолжить работу, говорится в заявлении совета общества.