Физики в рамках эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере осуществили открытие новой частицы – тетракварка, сконфигурированного из двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков. Данный объект представляет собой первый пример частицы, в которой взаимодействие глюонов связывает пары дикварк-антидикварк. Наши выводы были представлены на семинаре CERN-LHC. В соответствии с кварковой моделью, адроны, то есть частицы, испытывающие сильное взаимодействие, формируются либо в виде пар кварк-антикварк (мезоны), либо в виде групп из трех кварков (барионы: нейтрон и протон). Остальные конфигурации считаются экзотическими. Еще в 1964 году М. Гелл-Манн предположил возможность образования более сложных частиц путем включения пары кварк-антикварк в структуру бариона или мезона. Только в 2014 году физики, работающие на детекторе LHCb, обнаружили новую частицу Z(4430)+, состоящую из 4 кварков: ccdu (с — очарованный, d — нижний, u — верхний).
Схема экзотических состояний: гибрид (разноароматные кварк и антикварк), глюоний, тетра- и пента- кварки, адронная молекула из двух мезонов и дейтерий в качестве элементарной молекулы. Liupan An / CERN-LHC seminar
А в 2015 году во время распада Λb0→ J/ψpK– физики после анализа результатов первого прогона обнаружили два пентакварка J/ψp, а год назад они представили результаты анализа уже второго прогона работы коллайдера — по новым данным в таком процессе образуются три пентакварка.
Существует несколько областей для поиска экзотических частиц: легкие системы (содержат в себе кварки u,d,s), легко-тяжелые системы (содержат хотя бы один кварк b или c) и дважды тяжелые системы (содержат пару кварк-антикварк c- или b-кварков). Последние экспериментально обнаружить проще всего, так как их спектры узкие и не перекрываются между собой, а из-за большой массы частиц они описываются с помощью весьма сложных моделей квантовой хромодинамики нерелятивистской теории.
Для поиска новых тетракварков физики рассчитали возможную массу тетракварка Tcccc и проанализировали данные двух сезонов работы коллайдера. По предположению ученых тетракварк Tcccc распадается на два мезона J/ψ (пара очарованный кварк-антикварк). Для поиска такого распада исследователи отобрали более 33 тысяч событий распада J/ψ → μ+μ– (мюон и антимюон).
В ходе анализа ученые обнаружили узкий пик с энергией в 6900 мегаэлектронвольт и широкий пик в промежутке 6400-6600 мегаэлектронвольт. При попытке описания спектра в предположении об отсутствии новых частиц физики получили значительное отклонение, превышающее допустимые пять стандартных отклонений, в промежутке 6200-7400 мегаэлектронвольт, что подтверждает наличие в этом промежутке новой частицы. При этом пик с энергией в 6900 мегаэлектронвольт хорошо соотносится с образованием тетракварка Tcccc, а широкий пик может появиться по нескольким причинам — либо это другие состояния тетракварка Tcccc, либо состояние тетракварка интерферирует с одночастичным безрезонансным рассеянием, либо происходит более сложный распад.
Распределение числа событий по инвариантной массе с описанием данных через два граничных состояния тетракварка. Liupan An / CERN-LHC seminar
Распределение числа событий по инвариантной массе с описанием данных через интерференцию тетракваркового состояния и одночастичного рассеяния. Liupan An / CERN-LHC seminar
На сегодняшний день нет единого понимания структуры многокварковых частиц. Либо это одна частица с тесно связанными кварками в своей структуре, либо это молекула из нескольких J/ψ мезонов. Новый тетракварк Tcccc — пример необычной комбинации четырех кварков, при том структура его содержит очарованные дикварк и антидикварк, которые связаны между собой глюоным взаимодействием. Это подтверждается тем, что масса обнаруженных частиц больше массы известных частиц чармония (пара очарованных кварка-антикварка) и экзотических X,Y,Z частиц. Однако молекулярная теория строения таких частиц все еще не опровергнута. А потому требуется больше экспериментов, которые авторы работы ожидают от третьего сезона работы LHCb — его старт запланирован на март 2021 года.
Об обнаружении на Тэватроне первого тетракварка, в котором все кварки были различны, сообщили четыре года назад. Однако буквально через месяц коллаборация LHCb с более точным детектором подвергла сомнению его существование, а потому ко всем новым частицам в коллаборации LHCb относятся с достаточным скептицизмом.
Автор: Артем Моськин
Источник: https://nplus1.ru/
