Открыта новая экзотическая частица материи — тетракварк Tcc +

Коллаборация LHCb в ЦЕРНе представила новое открытие на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий (EPS-HEP). Новая частица, обнаруженная LHCb и обозначенная как Tcc +, представляет собой тетракварк — экзотический адрон, содержащий два кварка и два антикварка. Это самая долгоживущая частица экзотической материи, когда-либо обнаруженная, и первая содержащая два тяжелых кварка и два легких антикварка.

Кварки — это фундаментальные строительные блоки, из которых строится материя. Они объединяются, образуя адроны, а именно барионы, такие как протон и нейтрон, которые состоят из трех кварков, и мезоны, которые образуются как кварк-антикварковые пары.

В последние годы был обнаружен ряд так называемых экзотических адронов — частиц с четырьмя или пятью кварками вместо обычных двух или трех. Сегодняшнее открытие — это особенно уникальный экзотический адрон.

Новая частица содержит два очарованных кварка, а также верхний и нижний антикварк. В последние годы было открыто несколько тетракварков (в том числе один с двумя очарованными кварками и двумя очарованными антикварками), но это первый тетракварк, содержащий два очарованных кварка, без очарованных антикварков, чтобы уравновесить их. Физики называют это «открытое очарование» (в данном случае «двойное открытое очарование»).

Частицы, содержащие очарованный кварк и очарованный антикварк, обладают «скрытым очарованием» — сумма квантового числа очарования для всей частицы равна нулю, как положительный и отрицательный электрические заряды. Здесь квантовое число очарования в сумме дает два.

У Tcc + есть и другие интересные особенности, помимо открытости. Это первая обнаруженная частица, принадлежащая к классу тетракварков с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками. Такие частицы распадаются, превращаясь в пару мезонов, каждый из которых образован одним из тяжелых кварков и одним из легких антикварков.

Согласно некоторым теоретическим предсказаниям, масса тетракварков этого типа должна быть очень близка к сумме масс двух мезонов. Такая близость по массе делает распад «трудным», в результате чего увеличивается время жизни частицы, и действительно, Tcc + является самым долгоживущим экзотическим адроном, обнаруженным на сегодняшний день.

Это открытие открывает путь к поиску более тяжелых частиц того же типа, в которых один или два очарованных кварка заменены нижними кварками. Особенно интересна частица с двумя нижними кварками: согласно расчетам, ее масса должна быть меньше суммы масс любой пары B-мезонов.

Это сделало бы распад не только маловероятным, но и фактически нереальным: частица не могла бы распадаться из-за сильного взаимодействия, а вместо этого должна была бы делать это за счет слабого взаимодействия, что сделало бы ее время жизни на несколько порядков больше.

Новый тетракварк Tcc + — интересная цель для дальнейшего изучения. Все частицы, на которые он распадается, сравнительно легко обнаружить, и в сочетании с небольшим количеством доступной энергии при распаде это приводит к превосходной точности определения его массы и позволяет изучать квантовые числа этой удивительной частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить строгую проверку существующих теоретических моделей и даже потенциально позволить исследовать ранее недостижимые эффекты.

«Наблюдение за сильно связанным экзотическим адроном, который был бы устойчивым по отношению к сильному взаимодействию, было бы краеугольным камнем в понимании КХД в масштабе адронов», — говорит Иван Поляков, один из авторов исследования.

Источник: ЦЕРН