Физики открыли новую экзотическую частицу

Сотрудничество LHCb в CERN объявило об открытии новой экзотической частицы: так называемого "тетракварка". Статья более 800 авторов еще не оценена другими учеными в процессе, называемом "рецензирование", но была представлена ​​на семинаре. Это также соответствует обычному статистическому порогу для заявления об открытии новой частицы.

Читай также: Размером в звезду: Предсказано открытие экзотических частиц

Находка знаменует собой большой прорыв в поисках почти 20 лет, проведенных в лабораториях физики элементарных частиц по всему миру.

Чтобы понять, что такое тетракварк и почему открытие важно, мы должны вернуться назад во времени к 1964 году, когда физика элементарных частиц была в разгар революции. Два молодых радиоастронома в Нью-Джерси обнаружили самые убедительные доказательства из когда-либо существовавших в истории теории Большого взрыва.

На другой стороне США, в Калифорнийском технологическом институте и на другой стороне Атлантики, в ЦЕРНе в Швейцарии, два физика элементарных частиц опубликовали две независимые статьи на ту же тему. Оба были о том, как понять огромное количество новых частиц, которые были обнаружены за последние два десятилетия.

Читай также: Для бозона Хиггса потребуется специальный коллайдер

Многие физики изо всех сил пытались признать, что во вселенной может существовать так много элементарных частиц, в так называемом "зоопарке частиц". Джордж Цвейг из Калифорнийского технологического института и Мюррей Гелл-Манн из ЦЕРНа нашли одно и то же решение. Что если все эти разные частицы действительно были сделаны из меньших, неизвестных строительных блоков, точно так же, как сто с лишним элементов в периодической таблице состоят из протонов, нейтронов и электронов? Цвейг назвал эти строительные блоки "тузами", в то время как Гелл-Манн выбрал термин, который мы все еще используем сегодня: "кварки".

Теперь мы знаем, что существует шесть различных видов кварков. Эти частицы также имеют соответствующие спутники антивещества с противоположным зарядом, которые могут связываться друг с другом в соответствии с простыми правилами, основанными на симметрии. Частица из кварка и антикварка называется "мезон"; в то время как три кварка, связанные вместе, образуют "барионы". Знакомые протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро, являются примерами барионов.

Эта схема классификации прекрасно описала зоопарк частиц 1960-х годов. Однако даже в своей оригинальной статье Гелл-Манн понял, что возможны другие комбинации кварков. Например, два кварка и два антикварка могут слипаться, образуя "тетракварк", тогда как четыре кварка и антикварк образуют "пентакварк".

Читай также: Физики нагрели воду до рекордной температуры

Вернемся к 2003 году, когда эксперимент Belle в лаборатории KEK в Японии сообщил о наблюдении нового мезона, названного X (3872), который показал "экзотические" свойства, совершенно отличные от обычных мезонов.

В последующие годы было обнаружено несколько новых экзотических частиц, и физики начали понимать, что большинство этих частиц можно было бы объяснить успешно только в том случае, если они представляли собой тетракварки, состоящие из четырех кварков вместо двух. Затем, в 2015 году, эксперимент LHCb в ЦЕРНе обнаружил первые частицы пентакварка, состоящие из пяти кварков.

Все обнаруженные до сих пор тетракварки и пентакварки содержат два очарованных кварка, которые относительно тяжелые, и два или три легких кварка. Эту конкретную конфигурацию действительно легче всего обнаружить в экспериментах.

Читай также: Новая аномалия нарушила Стандартную модель физики

Но последний тетракварк, обнаруженный LHCb, получивший название X (6900), состоит из четырех очарованных кварков. Произведенный в столкновениях протонов высоких энергий на Большом адронном коллайдере, новый тетракварк наблюдался посредством его распада на пары хорошо известных частиц, называемых J / psi-мезонами, каждый из которых состоял из очарованного кварка и очарованного антикварка. Это делает его особенно интересным, поскольку он состоит не только из тяжелых кварков, но также из четырех кварков одного типа, что делает его уникальным образцом для проверки нашего понимания того, как кварки связываются друг с другом.

На данный момент есть две разные модели, которые могут объяснить, как кварки связаны друг с другом: возможно, они сильно связаны, создавая то, что мы называем компактным тетракварком. Или, может быть, кварки расположены в виде двух мезонов, которые свободно склеены в "молекулу".

Обычные молекулы состоят из атомов, связанных вместе электромагнитной силой, которая действует между положительно заряженными ядрами и отрицательно заряженными электронами. Но кварки в мезоне или барионе связаны через другую силу, "сильную силу". Действительно интересно, что атомы и кварки, следуя совершенно другим правилам, могут образовывать очень похожие сложные объекты.

Кажется, что новая частица наиболее согласуется с тем, чтобы быть компактным тетракварком, а не двухмезонной молекулой, что было лучшим объяснением для предыдущих открытий. Это делает его необычным, поскольку позволит физикам детально изучить этот новый механизм связывания. Это также подразумевает существование других тяжелых компактных тетракварков.

Напомним, ранее сообщалось, что физики получили каплю сверхэкзотической электронной жидкости.

• Теги:
• физика
• тетракварк