В коллайдере обнаружен новый класс элементарных частиц

Учёные, работающие с детектором LHCb на Большом адронном коллайдере,обнаружили новые крайне необычные частицы, которые состоят не из двух или трёх, а сразу из пяти кварков – "кирпичиков" всех элементарных частиц.

"Пентакварк не является просто новой частицей. Он является примером принципиально иного способа "упаковки" кварков, составляющих основу слагающих атомы протонов и нейтронов, который мы никогда раньше не замечали за 50 лет экспериментов. Изучение его свойств может помочь нам понять, как возникает и существует "обычная" материя", — заявил в пресс-релизе Ги Уилкинсон (Guy Wilkinson), официальный представитель коллаборации LHCb.

По современным представлениям физиков, все элементарные частицы сложены из составляющих, которые учёные называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжёлые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.

Существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырёх и даже пяти кварков разного "аромата" или "цвета".

Найти или создать подобные частицы долго не удавалось, и лишь два года назад японские физики, работавшие с коллайдером KEKB, обнаружили намёки на существование "тетракварка", состоящего из двух кварков и двух антикварков. Однако, как отмечал один из авторов этого открытия, Павел Пахлов из Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), эта частица могла быть на самом деле "псевдомолекулой" из двух мезонов.

Данные, собранные БАК на первом этапе работы, позволили физикам из коллаборации LHCb, занимающейся поиском экзотических частиц на одноимённом детекторе, пойти дальше и "поймать" сразу несколько частиц из пяти кварков, получивших временные названия Pc(4450)+ и Pc(4380)+.

Они обладают очень большой массой – около 4,4-4,5 тысячи мегаэлектронвольт, что примерно в четыре-пять раз больше, чем аналогичный показатель для протонов и нейтронов. Кроме того, кварки демонстрируют необычное соотношение спинов. По своей природе обнаруженные частицы представляют собой четыре "нормальных" кварка, склеенных с одним антикварком.

В существовании этих частиц учёные не сомневаются – статистическая достоверность открытия составляет девять сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке или сбоя в работе детектора на четыре миллиона миллиардов (1018) попыток.

Пока исследователи не знают, как "упакованы" кварки в этих частицах. Они могут быть как тесно связаны друг с другом, как в протонах и нейтронах, так и удалены друг от друга. Для ответа на этот вопрос необходимо провести дополнительные наблюдения за распадами барионов, в ходе которых рождаются данные "пентакварки". В ближайшее время физики попытаются изучить это явление в подробностях на обновлённом БАК.

Статья с предварительными результатами исследования была опубликована на сайте препринтов arXiv.org и в дальнейшем появится в журнале Physical Review Letters.