Оборудование эксперимента LHCb Большого Адронного Коллайдера позволяет ученым Европейской организации ядерных исследований CERN обнаруживать все более экзотические комбинации кварков, частиц, которые объединяясь, формируют более сложные элементарные частицы, такие, как известные нам протоны, нейтроны и электроны. В частности, ученым эксперимента LHCb уже доводилось наблюдать некоторые виды пентакварков и тетракварков, массивных частиц, которые, судя по их названию, состоят из четырех кварков, а изучение этих частиц дает ученым множество новой информации о силе сильных ядерных взаимодействий, одной из четырех видов фундаментальных сил во Вселенной. И недавно, в рамках семинара, проходившего 12 августа этого года, ученые эксперимента LHCb объявили об обнаружении первого из совершенно нового типа тетракварков, масса которого составляет 2.9 ГэВ (гигаэлектрон-вольта) и в состав которого входит только один очарованный кварк.
Возможность существования кварков была обоснована теоретически еще в 1964 году. С того момента ученым удалось идентифицировать шесть типов кварков и антикварков — нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Так как кварки не могут существовать в свободном виде, они группируются и формируют сложные элементарные частицы, к примеру, три кварка или три антикварка формируют частицы-барионы, такие, как протон, а один кварк и антикварк формируют частицы-мезоны.
Датчик эксперимента LHCb ориентирован на изучение так называемых B-мезонов, которые содержат кварк и антикварк. Мезоны этого тяжелого типа порождаются в коллайдере во время столкновений протонов и тут же распадаются на потоки более легких частиц, которые, в свою очередь, распадаются на еще более легкие элементарные частицы. Ученые наблюдали новый тип тетракварка, когда B-мезон распадается на положительный D-мезон, отрицательный D-мезон и положительный каон: B+ -> D+ D- K+. Всего было проанализировано около 1300 случаев такого типа распада.
Существующая «кварковая модель» указывает на то, что некоторые пары D-мезон при таком виде распада могут быть результатом появления некоторых типов промежуточных частиц, таких, как мезон ф(3770), которые появляются и сразу же распадаются: B+ -> ф(3770) K+ -> D+ D- K+. Однако, в теории нет подходящих подобных мезону частиц-посредников, которые имеют массу в 2.9 ГэВ, что приблизительно в три раза больше массы одного протона.
Поэтому ученые нашли более подходящую и точную интерпретацию собранных ими данных, которой стало весьма экзотическое объединение четырех типов кварков — антиочарованного, верхнего, нижнего и антистранного. Экзотикой в данном случае является то, что в состав всех наблюдаемых ранее тетракварков всегда входила пара очарованный-антиочарованный кварк, которые как бы компенсировали друг друга, давая частице в целом нулевой «аромат очарования». Первый же тетракварк, имеющий всего один очарованный кварк, получил название тетракварка с «открытым очарованием».
«Когда мы увидели такой «избыток очарования» в наших данных, мы сразу подумали о возникновении ошибки» — пишут исследователи, — «Но много лет, в течение которых мы проводили тщательный анализ данных, заставил нас признать то, что в этом всем есть нечто удивительное!»
Почему открытие нового типа тетракварка имеет столь важнее значение? Все дело заключается в том, что ученые еще не пришли к заключительному решению относительно того, чем же в действительности является тетракварк? Согласно некоторым теоретическим моделям тетракварки — это пары различных мезонов, временно образовавших нечто вроде «молекулы». «Это и другие подобные открытия позволят нам провести существующие теории через своего рода «стресс-тест» и взглянуть на них с совершенно иной точки зрения» — пишут исследователи.
Открытие, сделанное учеными эксперимента LHCb, является лишь первым шагом. Следующим шагом должна стать независимая проверка этого открытия другими экспериментами из области B-физики, такими, как Belle II. А эксперимент LHCb, тем временем, продолжит снабжать ученых-экспериментаторов и теоретиков новыми данными, в которых всегда можно будет «нарыть» нечто захватывающее и еще более удивительное.
Источник:
