У Великому адронному колайдері фізики виявили нові частинки двох видів, у результаті чого розширили список екзотичних частинок. Передусім ідеться про перший пентакварк, що містить рідкісний дивний кварк. Друга знахідка — це пара тетракварка з подвійним зарядом та його нейтрального відповідника. Обидва види частинок можуть пролити світло на питання взаємодії таких елементарних частинок.
Нещодавно відкритий пентакварк є першим, що містить дивний кварк. Зображення CERN/ LHCb Collaboration.
Кварки — фундаментальні складові матерії, котрі, як тривалий час вважали, поєднуються по два або по три елементи: протони та нейтрони в атомному ядрі містять три кварки, а в короткочасному мезоні утворюється пара кварка та антикварка. Проте впродовж останніх років на Великому адронному колайдері фізики виявили нові види частинок, що складаються з понад трьох кварків, йдеться зокрема про різнорідні тетракварки, пентакварки і навіть гексакварки.
“Що більше здійснюємо розвідок, то більше видів екзотичних адронів знаходимо”, — сказав Нілс Тунінг (Niels Tuning) з колаборації LHCb на дослідницькому центрі ЦЕРН в Женеві. “Ми живемо в період відкриттів, який можна порівняти з 50-ми роками ХХ століття, коли науковці виявили “зоопарк частинок” адронів, що сьогодні становить основу нашої стандартної моделі у фізиці елементарних частинок. Зараз ми створюємо “зоопарк частинок 2.0”.
Нові частинки надають нам свідчення про те, які поєднання можливі в світі кварків та які процеси при цьому відіграють важливу роль. Так, 2002 року вперше виявили тетракварк із чотирьох кварків, а 2021-го — перший тетракварк із подвійним шармом, два тяжкі чарівні кварки і два легші антикварки.
Зараз фізики повідомили про нові екзотичні знахідки. Частинки виявили за високоенергетичних зіткнень протонів у Великому адронному колайдері на ЦЕРН, найпотужнішому в світі прискорювачі частинок. Аналізуючи сліди частинок у записах LHCb-детектора, науковці натрапили на підпис трьох нових частинок.
Перша знахідка — це пентакварк. Частинка з п’яти кварків має масу 4.338 мегаелектронів і містить два тяжкі чарівні кварки. Водночас це перший пентакварк із дивним кварком — обидва види кварків не входять до складу атомного ядра. Виявлення екзотичних частинок досягнуло значущості 15 сигм, що переконливо перейшло офіційний поріг 5 сигм, необхідних для відкриття.
Пентакварк може складатися з двох субодиниць — кваркової трійки та пари кварк-антикварк. Зображення: CERN/ LHCb Collaboration.
За даними фізиків, маса пентакварка може надати нові свідчення про те, як у таких частинках п’ять кварків пов’язані одне з одним. Адже досі невідомо, чи в “мультикварку” всі складові зв’язуються одночасно, чи тут йдеться про конгломерат трійок і пар кварків.
Вже 2019 року ледь помітний подвійний пік кривої частинок, виявлений на ВАК, надав перші свідчення такої структури з двома складовими. А в нещодавно відкритих пентакварках про “конгломерат” свідчить також те, що їхня маса перебуває на межі творення баріонів-мезонів, пояснили фізики на LHCb-колаборації: "Це може вказувати на неміцне поєднання баріона з трьома кварками та мезона з парою кварк-антикварк”.
Друга знайдена частинка містить тетракварк із подвійним зарядом та його нейтральний аналог. Тож це перший доказ парного представлення частинок у такий спосіб, повідомили науковці. Обидва тетракварки мають масу близько 2,9 гігаелектронвольт, кожен складається з одного чарівного кварка та одного дивного антикварка. Крім того, один елемент містить верхній кварк (U-кварк) та нижній антикварк (d-кварк), а інший — нижній кварк та верхній антикварк.
У новій тетракварковій парі одна частинка має подвійний позитивний заряд, інша нейтральна. Зображення: CERN/ LHCb Collaboration.
Зі слів науковців, частинки є партнерами по ізотопічному спіну, тобто вони представляють два стани одної системи квантової механіки. Проте неясно залишається, чи існують інші партнери такого типу і як у цій частинці сполучені чотири кварки. Свідчення цієї пари тетракварків досягнуло значущості 6,5-8 сигм, що також переходить поріг офіційного відкриття.
“Коли ми знаходимо нові екзотичні частинки і визначаємо їхні властивості, це допомагає теоретикам розробити єдину модель екзотичних адронів”, — сказав речник експерименту LHCb Кріс Паркс (Chris Parkes) із Манчестерського університету. — Крім того, це нам допомагає краще зрозуміти конвенційні частинки, зокрема протони та нейтрони”.
Nadja Podbregar
CERN, University of Manchester, 6.06.2022
International Conference on High Energy Physics, ICHEP 2022
Зреферувала С.К.
12.07.2022