|
Обнаружили новую частицу - тетракварк
|
|
|
|
На эксперименте LHCb Большого адронного коллайдера обнаружили новую частицу — тетракварк Tcc+, который состоит из двух очарованных кварков и двух легких антикварков — верхнего и нижнего. Это первая надежно открытая частица такого типа, в составе которой имеется два очарованных кварка вместо пары кварк-антикварк, и наиболее стабильный из найденных экзотических адронов. Об открытии физики заявили на онлайн-конференции Европейского физического общества, коротко о результате сообщается на сайте Института ядерной физики имени Будкера, чьи ученые стали соавторами работы.
|
|
|
|
Согласно современным представлениям, все сильно взаимодействующие элементарные частицы — адроны — состоят из шести типов кварков (и соответствующих антикварков). При этом в природе мы наблюдаем барионы — системы из трех кварков или трех антикварков — к ним относятся протон и нейтрон, и мезоны — пары кварк-антикварк — такие образуются, например, при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли. Однако в середине шестидесятых годов, еще на этапе создания кварковой модели, ее автор, Марри Гелл-Манн, предсказал существование и более сложных — экзотических частиц за счет встраивания кварк-антикварковых пар в барионную или мезонную структуру (подробнее об этом можно узнать в материале «Восьмеричный путь Вселенной»).
|
|
|
Спустя полвека после предсказания Гелл-Манна, в 2014 году в эксперименте LHCb ученые впервые надежно пронаблюдали такую частицу — тетракварк Z(4430)—. Хотя с тех пор было обнаружено уже два десятка экзотических адронов, окончательно разобраться в их устройстве физикам пока не удалось. Теперь коллаборация LHCb сообщила об открытии нового тетракварка — Tcc+, в составе которого два c-кварка (сравнительно тяжелых, массой порядка гигаэлектронвольта — сопоставимо с массой протона), а также u- и d-антикварки (массами на три порядка меньше, в единицы мегаэлектронвольт). Такой состав отличает частицу от ранее открытых тетракварков — до недавнего времени надежно наблюдавшиеся частицы имели скрытое очарование, то есть в их составе одновременно были c-кварк и c-антикварк.
|
|
|
|
Для регистрации физики использовали данные первого и второго сезонов работы коллайдера, которые детекторы собирали с 2011 по 2018 год. Новую частицу исследователи искали в протон-протонных столкновениях по ее распадам на пару D0-мезонов и один +-мезон, с дальнейшим распадом первых на +- и K--мезоны. В результате физикам удалось зарегистрировать около двухсот событий рождения Tcc+ и подтвердить открытие этой частицы со значимостью свыше 10 стандартных отклонений (что практически исключает вероятность случайной флуктуации, которую исследователи бы приняли за сигнал).
|
|
|
|
Как отмечают авторы, новая частица имеет сравнительно узкую ширину распада — всего около половины мегаэлектронвольта при типичных значениях в десятки–сотни мегаэлектронвольт — то есть в среднем Tcc+ существует на порядки дольше подобных кварковых структур и на сегодняшний день становится наиболее стабильным из известных экзотических адронов. Есть теоретические основания полагать, что эта особенность обусловлена именно наличием в составе частицы двух тяжелых кварков.
|
|
|
|
Еще одно интересное свойство частицы — близость ее массы к массе пары D-мезонов (одного нейтрального и одного возбужденного положительно заряженного). При массе тетракварка почти в четыре гигаэлектронвольта эта разница, по предварительным расчетам, составила всего десятые доли мегаэлектронвольта — меньше сотой доли процента, причем со значимостью 4,3 тетракварк легче пары D-мезонов. Причина такого совпадения на данный момент не ясна. Кроме того, продукты распада Tcc+ сравнительно легко детектировать — в совокупности со стабильностью тетракварка это облегчит в дальнейшем точные измерения свойств частицы.
|
|
|
|
В частности, исследователей интересует внутренняя структура системы. На сегодняшний день однозначно не ясно, является ли она атомоподобной — то есть тяжелые кварки упакованы компактно в центре и окружены облаком из легких антикварков, или больше напоминает молекулу — то есть представляет пару тяжелых мезонов (в каждом — по одному c-кварку и одному легкому антикварку), которые разделены расстоянием примерно в 10 раз больше собственного размера.
|
|
|
|
Также открытие Tcc+ поможет в поисках похожей частицы — тетракварка, который вместо c-кварков содержит пару b-кварков (еще более тяжелых). Ожидается, что такая частица практически не сможет распадаться по механизмам сильного взаимодействия, так как ее масса будет меньше массы возможных продуктов распада — это заставит тетракварк распадаться в слабом взаимодействии и увеличит время его жизни еще на несколько порядков.
|
|
|
|
Источник
|
