Физики открыли пентакварк и два тетракварка одновременно

Физики из коллаборации LHCb сообщили об обнаружении сразу трех экзотических частиц: странного пентакварка, открыто очарованного дважды заряженного тетракварка, а также его нейтрального партнера. Следы новых адронов проявились в распадах заряженных и нейтральных B-мезонов. Новые результаты отличаются высокой статистической значимостью. Об открытии говорится на сайте коллаборации LHCb, а также в сообщении CERN.

Обновлено: в июле 2023 года статья об открытии пентакварка была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Сегодня физикам известно шесть кварков с различными ароматами: верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный ©, прелестный (b) и истинный (t) (последние два часто называют боттом- и топ-кварками). Вместе со своими античастицами они образуют двенадцать базовых элементов, из которых в природе формируется кварковая материя. Чаще всего речь идет о группировке кварков по трое в барионы или по двое в виде кварк-антикварковой пары в мезоны.

Более сложные комбинации кварков считаются экзотическими. И хотя они были предсказаны в то же время, когда появилась кварковая теория, такие частицы начали регистрировать сравнительно недавно благодаря строительству Большого адронного коллайдера. Первый тетракварк коллаборация LHCb надежно увидела в апреле 2014 года, а пентакварк — в 2015 году. Мы регулярно сообщали о подобных открытиях в 2019, 2020 и в 2021 годах. Суммарно на БАКе было обнаружено 66 новых адронов, 59 из которых — заслуга LHCb.

Недавно физики из LHCb выступили с сообщением о том, что им удалось обнаружить сразу три новые частицы: один странный пентакварк, а также дважды заряженный тетракварк и его нейтральный партнер. Пентакварк P^Λ_ψs(4338)⁰ проявил себя в распадах отрицательно заряженного B-мезона B^-→J/ψΛp. Он состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, а также верхнего, нижнего и странного кварков. Это первый пентакварк, содержащий странный кварк. Находка имеет огромную статистическую значимость в 15 стандартных отклонений, что намного превышает 5 стандартных отклонений, необходимых для заявления о наблюдении частицы в физике элементарных частиц. Масса и ширина нового пентакварка оказались равными 4338,2±0,7±0,4 и 7,0±1,2±1,3 мегаэлектронвольт, соответственно.

Два тетракварка T^a_cs0(2900)⁺⁺ и T^a_cs0(2900)⁰ физики увидели при объединенном анализе распадов других B-мезонов: B⁰→ D⁰D_s⁺π^- and B⁺→D^-D_s⁺π⁺. Первая частица представляет собой открыто очарованный дважды заряженный тетракварк, состоящий из очарованного кварка, странного антикварка, верхнего кварка и нижнего антикварка. Его нейтральный партнер отличается от него последними двумя кварками: верхним антикварком и нижним кварком. Новые тетракварки, наблюдаемые со статистической значимостью 6,5 и 8 стандартных отклонений, представляют собой первый случай наблюдения пары тетракварков. Массы и ширины обоих тетракварков определены как 2,908±0,011±0,02 и 0,136±0,023±0,011 гигаэлектронвольт, соответственно.

На текущий момент физики спорят об интерпретации тетра- и пентакварков. Одни считают их тесно связанной системой кварков, другие предполагают, что экзотические частицы — это аналог молекул, состоящих из отдельных барионов или мезонов.

Возможно, точный ответ на этот вопрос ученые получат в результате третьего сезона работы Большого адронного коллайдера. Совсем недавно на нем начались первые столкновения протонов на энергии 13,6 тераэлектронвольт.

Марат Хамадеев