Физики открыли частицу сразу с четырьмя «ароматами»

Учёные впервые обнаружили частицу, содержащую «верхний», «нижний», «странный» и «прелестный» кварки. В ходе анализа данных, полученных на ускорителе Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (США), международная коллаборация физиков DZero обнаружила следы распада X(5568) — крайне необычной короткоживущей четрёхкварковой частицы. Хотя сами тетракварковые частицы известны уже несколько лет, до этого ни одна из них не состояла сразу из четырёх типов кварков с различными квантовыми ароматами: верхний (u), нижний (d), странный (s) и прелестный (b). Статья об открытии готовится к публикации в журнале Physical Review Letters. С препринтом можно ознакомиться на сайте Корнелльского университета. Учёные проанализировали архивные записи детекторов ускорительного комплекса Тэватрон, который до недавних пор был вторым в мире по мощности. Все данные были собраны до 2011 года, после чего комплекс был закрыт. Частица X(5568) была получена в ходе столкновений протона и антипротона, во время распада которых были получены Bs-мезон и пи-мезон. В свою очередь, они также продолжали распадаться, а детекторы частиц на ускорителях записывали получающиеся в результате этого сигналы. Обобщив их, физики построили кривую распределения масс Bs-мезонов и пи-мезонов, в которой статистически наиболее часто (отличие между теоретическим предсказанием и экспериментальными данными составило 5,1 сигм) появлялись частицы с массой в 5568 мегаэлектронвольт (почти вшестеро тяжелее протона). Впрочем, другие её важные параметры, включая время распада, пока ясны не совсем точно. Авторы работы подчёркивают, что распад шёл через механизм сильного взаимодействия (об этом свидетельствует ряд формальных характеристик кривой распределения масс мезонов). В свою очередь, это означает, что в распадающейся частице было не менее четырёх кварков. И, более того, все они принадлежали к разным типам («ароматам»), а именно u, d, s и b (верхний, нижний, странный и прелестный). Все ранее известные четырёхкварковые частицы имели не менее двух одинаковых типов кварков. Открытие чрезвычайно важно в том смысле, что оно фиксирует абсолютно новый класс частиц из четырёх кварков, в котором, возможно, будут открыты и другие частицы такого же состава. Обычно элементарные частицы (адроны) состоят либо из кварка и антикварка (мезоны) либо из трёх кварков (барионы). Практически любая другая конфигурация в физике называется экзотической и за пределами ускорителей в земных условиях обычно не встречается. Живут такие частицы, как правило, крайне недолго, но сам факт их существования важен для физики элементарных частиц в целом. Дело в том, что, когда учёные пытаются просто создать условия для смешивания нескольких кварков, те самопроизвольно складываются в двух- и трёхкварковые частицы. Почему природа в нормальных условиях ограничивается только такими малыми наборами кварков в частицах — одна из главных современных проблем физики элементарных частиц. Из-за этого очень непросто понять, почему иногда всё же возникают частицы с большим количество кварков и какие особенности физических процессов к этому ведут. Существуют к таким экзотическим явлениям, как X(5568), и другие вопросы. Из-за того что кварк является буквально точечным объектом (размеры его на сегодня измерить не удаётся, так они малы), пока нельзя детально проанализировать, является ли X(5568) обычной частицей, где кварки сосредоточены в одном едином конгломерате, или молекулой из двух мезонов, вращающихся друг вокруг друга. Прояснение этого вопроса даст ответ на вопрос, способны ли существовать такие теоретически предсказанные «мезонные молекулы», и если да, то насколько долго.