В рамках проекта по изучению частиц на Большом адронном коллайдере учёным удалось обнаружить совершенно новую частицу — дважды очарованный тетракварк. Такое название частица получила из-за того, что она состоит из двух очарованных кварков и двух лёгких антикварков, верхнего и нижнего. Об открытии было объявлено на конференции Европейского физического общества, в проекте участвовали учёные Института ядерной физики имени Г.И. Будкера (Сибирское отделение РАН, Новосибирск).
Спектр продуктов распада тетракварка на мезоны, пик свидетельствует о регистрации частицы. Источник: desy.de
Изначально считалось, что адроны могут состоять либо из двух кварков, образуя мезон в паре кварк-антикварк, либо из трёх кварков, образуя барион (например, протон или нейтрон). Однако около 50 лет назад, когда кварковая модель ещё создавалась, её автор Марри Гелл-Манн (Murray Gell-Mann) предсказал, что могут существовать и более сложные частицы. Такие частицы не укладывались в традиционную модель, поэтому они получили название экзотических. Экзотические частицы появляются за счёт встраивания пары кварк-антикварк в структуру мезона либо бариона.
Данная гипотеза в течение долгого времени оставалась только теорией, пока в 2014 году в ходе эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере учёным не удалось пронаблюдать первый тетракварк. В 2015 году было объявлено об открытии пентакварка. Всего на текущий момент было открыто четыре пентакварка и около двадцати тетракварков.
Все открытые и подтверждённые до настоящего момента тетракварки имели скрытое очарование. Очарование — это квантовое число, отражающее один из типов кварка или лептона — ароматов. Скрытое очарование означает, что они включали в себя разные комбинации кварков, но в любом случае в эти комбинации всегда входили один очарованный кварк и один очарованный антикварк. Уникальность новой частицы состоит в том, что она состоит из двух очарованных кварков (c-кварков), относительно тяжёлых, массой порядка гигаэлектронвольта, что сравнимо с массой протона, а также двух лёгких u- и d-антикварков, их масса на три порядка меньше, она измеряется единицами мегаэлектронвольтов. Из-за присутствия двух очарованных кварков новая частица получила название Tcc+. Буква «Т» означает «тетракварк», буквы «cc» указывают на два очарованных кварка (c-кварка, от английского «charmed»).
Тетракварк рождается в протон-протонных столкновениях и последующем распаде на мезоны. Источник: desy.de
В рамках исследования учёные провели анализ данных, которые были собраны в первом и втором сезонах работы коллайдера с 2011 по 2018 год. По результатам анализа экспериментальных данных удалось зафиксировать около двухсот событий рождения частицы Tcc+. Её открытие было подтверждено со значимостью в 10 стандартных отклонений, а это значит, что вероятность случайной флуктуации, которую учёные могли бы принять за сигнал, практически исключена.
Ещё одним примечательным моментом является относительно узкая ширина распада новой частицы, она составляет примерно 0,5 МэВ при типичных значениях в десятки и даже сотни МэВ. Иными словами, Tcc+ существует на порядки дольше схожих квантовых структур, что делает её самым стабильным экзотическим адроном. И, наконец, продукты распада нового тетракварка относительно легко детектировать, что с учётом высокой стабильности частицы облегчит точные измерения её свойств.
Открытие дважды очарованного тетракварка поможет в открытии ещё одной подобной экзотической частицы — дважды прелестного тетракварка, который вместо двух очарованных кварков (c-кварков) содержит два прелестных кварка (b-кварка). Теоретически такая частица практически не сможет распадаться на основе механизмов сильного взаимодействия, поскольку её масса окажется меньше массы продуктов распада. Она будет распадаться в слабом взаимодействии. Иными словами, время её жизни увеличится на несколько порядков в сравнении со стабильной Tcc+.
Подпишись: