Международная коллаборация LHCb на Большом адронном коллайдере (LHC) наблюдала три невиданные ранее частицы: пентакварк нового типа и первую в истории пару тетракварков, в которую входит тетракварк нового типа. Результаты, представленные сегодня на семинаре ЦЕРНа, добавляют три новых экзотических члена в растущий список новых адронов, обнаруженных на БАК. Они помогут физикам лучше понять, как кварки связываются вместе в эти составные частицы.
Кварки — это элементарные частицы , которые бывают шести видов: верхние, нижние, очаровательные, странные, верхние и нижние. Обычно они объединяются в группы по двое и по трое, образуя адроны, такие как протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра. Однако реже они также могут объединяться в четырехкварковые и пятикварковые частицы, или «тетракварки» и «пентакварки». Эти экзотические адроны были предсказаны теоретиками в то же время, что и обычные адроны, около шести десятилетий назад, но лишь сравнительно недавно, за последние 20 лет, они были обнаружены LHCb и другими экспериментами.
Большинство экзотических адронов, открытых за последние два десятилетия, представляют собой тетракварки или пентакварки, содержащие очарованный кварк и очарованный антикварк, а оставшиеся два или три кварка представляют собой верхний, нижний или странный кварк или их антикварки. Но за последние два года LHCb обнаружил разные виды экзотических адронов. Два года назад коллаборация обнаружила тетракварк, состоящий из двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков, и два тетракварка с «открытым очарованием», состоящих из очарованного антикварка, верхнего кварка, нижнего кварка и странного антикварка. А в прошлом году он обнаружил первый в истории случай тетракварка с «двойным открытым очарованием» с двумя очарованными кварками и антикварком с верхним и нижним очарованием. Открытый шарм означает, что частица содержит очарованный кварк без эквивалентного антикварка.
Открытия, объявленные сегодня коллаборацией LHCb, включают новые виды экзотических адронов. Первый вид, наблюдаемый при анализе «распадов» отрицательно заряженных В-мезонов, представляет собой пентакварк, состоящий из очарованного кварка и очарованного антикварка, а также верхнего, нижнего и странного кварков. Это первый пентакварк, содержащий странный кварк. Это открытие имеет колоссальную статистическую значимость в 15 стандартных отклонений, что намного превышает 5 стандартных отклонений, необходимых для утверждения о наблюдении частицы в физике элементарных частиц .
Второй вид представляет собой тетракварк с двойным электрическим зарядом. Это тетракварк с открытым очарованием, состоящий из очарованного кварка, странного антикварка, верхнего кварка и нижнего антикварка , и он был обнаружен вместе со своим нейтральным аналогом при совместном анализе распадов положительно заряженных и нейтральных B-мезонов. Новые тетракварки, наблюдаемые со статистической значимостью 6,5 (двухзарядная частица) и 8 (нейтральная частица) стандартных отклонений, представляют собой первый случай наблюдения пары тетракварков.
«Чем больше анализов мы проводим, тем больше видов экзотических адронов мы находим», — говорит координатор физики LHCb Нильс Тюнинг. «Мы наблюдаем период открытий, подобный 1950-м годам, когда начали открывать «зоопарк частиц» адронов, что в конечном итоге привело к кварковой модели обычных адронов в 1960-х годах. Мы создаем «зоопарк частиц 2.0».
«Обнаружение новых видов тетракварков и пентакварков и измерение их свойств поможет теоретикам разработать единую модель экзотических адронов, точная природа которых в значительной степени неизвестна», — говорит представитель LHCb Крис Паркс. «Это также поможет лучше понять обычные адроны».
В то время как некоторые теоретические модели описывают экзотические адроны как отдельные единицы тесно связанных кварков, другие модели рассматривают их как пары стандартных адронов, слабо связанных в молекулярно-подобную структуру. Только время и дальнейшие исследования экзотических адронов покажут, являются ли эти частицы одним, другим или обоими.
