Все новости

В Большом адронном коллайдере поймали новый пентакварк — возможно, «молекулярный». Это третий тип пентакварка, который удалось идентифицировать физикам

Физики коллаборации LHCb, работающие на одном из четырех детекторов Большого адронного коллайдера, обнаружили ранее неизвестный пентакварк — частицу из пяти кварков вместо привычных двух или трех. Пойманная ими частица, возможно, устроена подобно молекуле.
Схематичное изображение комбинации новой кварков в представлении «молекулярной» гипотезы CERN
Описание
Схематичное изображение комбинации новой кварков в представлении «молекулярной» гипотезы
© CERN

Обычные частицы, то есть протоны и нейтроны, образующие ядра атомов, состоят из трех кварков, причем только двух типов, u и d (от up и down, т.е. «верхний» и «нижний»). В короткоживущих частицах, образующихся при столкновении протонов с очень высокой энергией, появляются также другие комбинации. Так, комбинации «кварк-антикварк» образуют семейство частиц, называемых мезонами. Мезоны состоят из двух кварков (один из которых обязательно антикварк), а барионы (к которым относятся, например, протоны) из трех.

Долгое время возможность добавить в состав какой-то частицы еще одну пару кварков оставалась сугубо гипотетической, несмотря на то что такие предположения были высказаны еще в той самой статье, где Марри Гелл-Манн предложил кварковую модель барионов и мезонов. Экспериментально доказать существование тетра- и пентакварков (4 и 5 кварков в частице) удалось только благодаря Большому адронному коллайдеру, хотя ряд указаний на существование пентакварков был получен ранее с использованием других ускорителей. Ввод в строй БАК позволил ученым накопить рекордную по объему статистику и провести столкновения протонов с ранее недоступной энергией — события, которые ранее случались слишком редко, стали достаточно часты для уверенной регистрации.

Читайте также: Нашлось и это. Алгоритмы «Яндекса» помогли коллаборации LHCb разглядеть фундаментальную физическую аномалию в данных БАК

В новом сообщении коллаборации LHCb, работающей с одноименным детектором, речь идет о комбинации из одного d-, двух u-кварков, а также пары из c-кварка с его античастицей. Физики предполагают, что эти кварки могут не формировать единый пентакварк, а образовывать нечто вроде молекулы из комбинации бариона (кварки udc) с мезоном (u-кварк и c-антикварк). Такая «молекула» существует около 10-20 секунд, но ее распад отличается от распада цельного пентакварка, и ученые утверждают, что новые данные по меньшей мере хорошо согласуются с «молекулярной» гипотезой.

Схематичное изображение комбинации новой кварков в представлении «молекулярной» гипотезы
Описание
Схематичное изображение комбинации новой кварков в представлении «молекулярной» гипотезы

Подписи на иллюстрации соответствует D-мезону (слева) и сигма-гиперону (справа) — так называют входящие в состав гипотетической молекулы мезон и барион; буква c под сигмой соответствует наличию внутри c-кварка, а 0 (индекс над обозначением D-мезона) и + (над сигма-гипероном) обозначают электрический заряд частицы. Альтернативное объяснение, которое пока нельзя исключать, гласит, что все пять кварков все-таки формируют одну частицу.

Описание
© CERN

Выяснение того, как на самом деле устроены пентакварки, являются они составными или цельными, поможет лучше понять принципы устройства материи. Это приближает к фундаментальной загадке: почему в природе не существует стабильных многокварковых частиц? Очевидной причины, по которой нельзя было бы сформировать аналог протона — скажем, из шести кварков, теоретики назвать пока не могут. Со стороны эта проблема может показаться не самой значимой на фоне, скажем, загадки темной материи или создания единой теории всех четырех сил (электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействие, гравитация), однако современная квантовая физика тоже началась с решения сугубо частной задачи о спектре нагретого тела.

 Алексей Тимошенко