Неизвестная частица обнаружена в ЦЕРН

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

Коллаборация LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) нашла новый тип четырехкварковой частицы, которую никогда не видели раньше. Открытие было представлено на недавнем семинаре в ЦЕРН, также о нем рассказывается в статье на сайте препринтов arXiv. Это открытие поможет ученым понять кварки — фундаментальные частицы Стандартной модели Вселенной.

(Нижний правый) двумерное распределение di-J / ψ кандидатов и его проекции на(нижний левый) M (1)μμ и(верхний) M (2)μμ. Четыре компонента присутствуют, поскольку каждая проекция состоит из сигнала и фона J/ψJ/ψ кандидатов. Метки J / ψ1, 2 и bkg1,2 представляют собой соответственно вклады сигнала и фона в распределение M(1), (2)μμ. / © ЦЕРН

Обычно они объединяются в группы по двое (кварк — антикварк) или трое, чтобы сформировать протоны и нейтроны. Более крупные частицы считаются экзотическими, однако ученые давно предполагают, что они могут состоять из четырех или пяти кварков (так называемые тетракварки и пентакварки). В последние годы эксперименты, проводимые в Большом адронном коллайдере (БАК), подтверждают существование таких адронов. Они идеально подходят для изучения сильного ядерного взаимодействия — одной из четырех фундаментальных сил Вселенной, которая связывает друг с другом протоны, нейтроны и ядра атома.

«Частица, которую мы только что обнаружили, первая, состоящая из тяжелых кварков одного и того же типа: двух очарованных кварков и антикварков, — говорит представитель LHCb Джованни Пассалева. — До сих пор LHCb и другие эксперименты фиксировали только тетракварки максимум с двумя тяжелыми кварками, и ни один из них не имел более двух кварков одного и того же типа».

Для поиска новых тетракварков Tcccc команда LHCb рассчитала их возможную массу и изучала данные, полученные на детекторе в периоды первого и второго запусков БАК в 2009-2013 и 2015-2018 годах. Она обнаружила два скачка энергии в диапазоне 6900 и 6400-6600 мегаэлектронвольт. При попытке описать полученные результаты ученые нашли более пяти стандартных отклонений в промежутке 6200-7400 мегаэлектронвольт. Этого достаточно, чтобы заявить об открытии новой частицы. Кроме того, такие скачки соответствуют массе Tcccc. «Эта частица уникальна — экзотический адрон, содержащий четыре кварка вместо двух или трех в обычных частицах материи, и первый, содержащий тяжелые кварки», — говорят ученые.

Пока не ясно, является ли новая частица «истинным тетракварком», то есть системой из плотно связанных четырех кварков, или она состоит из двух обычных пар. В любом случае новая частица поможет теоретикам протестировать модели квантовой хромодинамики, которая описывает сильное взаимодействие частиц. Авторы собираются продолжить исследования во время третьего запуска LHCb, в марте 2021 года.