Экзотическая частица — физики ЦЕРНа обнаружили новый тетракварк

Коллаборация LHCb на Большом Адронном Коллайдере впервые наблюдала тип четырехкварковой частицы, никогда ранее не встречавшейся. Открытие, представленное на недавнем семинаре в ЦЕРНе, вероятно, будет первым из ранее неизвестного класса частиц, никогда ранее не виденных физиками.

Это открытие поможет физикам лучше понять кварки, тип элементарной частицы, которая является фундаментальным строительным блоком всей материи.

Кварки объединяются вместе, образуя сложные частицы, известные как адроны, которые включают в себя протоны и нейтроны. Это новое прорывное открытие может помочь ученым теперь понять сложные способы, которыми кварки связывают себя вместе, чтобы сформировать эти составные части.

Кварки обычно объединяются в группы по два и по три, образуя адроны. Однако в течение десятилетий теоретики предсказывали существование четырех-и пятикварковых адронов, которые иногда описываются как тетракварки и пентакварки, а в последние годы эксперименты, включая LHCb, подтвердили существование нескольких из этих экзотических адронов.

Эти частицы, состоящие из необычных комбинаций кварков, представляют собой идеальную «лабораторию» для изучения одной из четырех известных фундаментальных сил природы — сильного ядерного взаимодействия, которое связывает протоны, нейтроны и атомные ядра, составляющие материю.

Детальное знание сильного взаимодействия также необходимо для определения того, являются ли новые, неожиданные процессы признаком новой физики или просто стандартной физики.

«Частицы, состоящие из четырех кварков, уже являются экзотикой, и та, которую мы только что обнаружили, является первой, которая состоит из четырех тяжелых кварков одного и того же типа, в частности двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков», — говорит представитель сотрудничества LHCb Джованни Пассалева.

— До сих пор LHCb и другие эксперименты наблюдали только тетракварки с двумя тяжелыми кварками в лучшем случае и ни разу с более чем двумя кварками того же типа.»

Команда LHCb обнаружила новый тетракварк, используя метод поиска частиц для поиска избытка событий столкновения, известного как «удар». Просеивая полные наборы данных LHCb с первого и второго запусков Большого Адронного Коллайдера, которые проходили с 2009 по 2013 год и с 2015 по 2018 год соответственно, исследователи обнаружили скачок в массовом распределении частиц, которые состоят из очарованных кварков и антикварков.

Скачок имеет статистическую значимость более пяти стандартных отклонений, что является обычным порогом для заявления об открытии новой частицы, и соответствует массе, при которой предсказано существование частиц, состоящих из четырех очарованных кварков.

Как и в случае с предыдущими открытиями тетракварков, не совсем ясно, является ли новая частица «истинным тетракварком», то есть системой из четырех кварков, плотно связанных вместе, или парой двухкварковых частиц, слабо связанных в молекулоподобной структуре.

Так или иначе, новый тетракварк поможет физикам-теоретикам проверить модели квантовой хромодинамики, теории сильного взаимодействия.

Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum, arXiv:2006.16957 [hep-ex] arxiv.org/abs/2006.16957