Экзотичная простая частичка из четырёх кварков открыта на Большенном адронном коллайдере

Коллаборация LHCb сказала о обнаружении на Большенном адронном коллайдере в CERN ранее не встречавшейся экзотичной частички, составленной из четырёх «очарованных», либо c-кварков, — тетракварка. Открытие продолжает начатую в 2014 году серию результатов по детектированию мультикварковых адронных частиц в опытах БАК.

Логотип LHCb.

LHCb (Large Hadron Collider Beauty) — одна из восьми экспериментальных установок физики простых частиц на Большенном адронном коллайдере CERN в Женеве. Это спец сенсор для исследования b-кварков, либо «очаровательных» кварков (буковка b в заглавии — от beauty) и самый небольшой из четырёх сенсоров частиц на коллайдере. 1 июля вышла статья группы LHCb о исследовании диапазона J/ψ-мезонов — особенных частиц, образующихся в опытах по протон-протонному рассеянию на больших энергиях в БАК (см. публикацию на arXiv.org и пресс-релиз коллаборации LHCb. Наиболее подробное техническое описание можно отыскать на страничке LHCb). Предполагается, что один из пиков на диапазоне энергии показывает на образование новейшей четырёхкварковой частички.

Кварки сформировывают составные частички, подверженные сильному взаимодействию — адроны. Они соединяются воединыжды в группы по два либо по три, образуя соответственно мезоны и барионы (барионы, к примеру — это протоны и нейтроны, либо «видимая материя» Вселенной). Частички, которые недозволено систематизировать по таковой схеме, именуются экзотичными адронами. С середины 1960-х годов предвещали существование наиболее сложных адронов, составленных из четырёх и 5 кварков (тетракварки и пентакварки) — добавлением к сиим «наименьшим конфигурациям» пары кварк-антикварк. В крайние пару лет существование таковых экзотичных частиц было доказано экспериментально, в частности, и на опытах LHCb с 2014 года. Экзотичные композиции кварков, разумеется, неустойчивы, и их образование и распад в галлактических лучах либо опытах с высочайшей энергией, как в БАК — безупречная платформа для исследования мощного взаимодействия.

Кварки и адроны.
Вид кварков, под которые оптимизирован сенсор LHCb, увлекателен тем, что в их лучше проявляется нарушение CP-симметрии, либо «комбинированной чётности», другими словами сочетания 2-ух отражений — зарядового сопряжения (C), переводящего частичку в античастицу, к примеру, электрон в позитрон, и чётности (P), другими словами «зеркального отражения». Симметрия чётности — интуитивно понятное свойство: законы физики макромира предполагаются схожими для системы и её зеркального отражения. «Отражение частички в зеркале» — не умозрительное построение: есть хим соединения-энантиомеры — молекулы, различающиеся зеркально. Законы электромагнитного и мощного взаимодействия для таковых систем должны быть одними и теми же, а хим реакции протекать идиентично.

Кажущееся неразличение зеркальной симметрии в физическом мире приводит к феномину, озвученному Ричардом Фейнманом в его лекциях по физике. Пусть нужно по телефону обрисовать представителю инопланетный цивилизации наш мир, в частности, строение человека. Дойдя до фразы «сердечко у человека находится слева» мы обнаруживаем, что недозволено удалённо разъяснить, что такое левое и правое: физические законы зеркально симметричны. Потому инопланетяне будут обязаны представить для себя обе версии человека, без механизма различения, какая из их соответствует реальности. Но левое и правое в органическом мире на Земле неравноценны. Так, по содержанию левых и правых энантиомеров в аминокислотах обосновывают их инопланетное происхождение — см., к примеру, статью о первом инопланетном белке в метеоре. Неясно, почему в земных аминокислотах больше левых молекул, а не поровну, но это факт.

Симметрию чётности разрушает слабенькое взаимодействие, и порядок в своё время пробовали вернуть, введя комбинированную CP-симметрию как принцип. Но она тоже оказалась не всепригодной. Наиболее того, её нарушение — свойство природы, возможно, определившее, что в мире оказалось больше материи, чем антиматерии. Потому физика простых частиц изучит нарушение данной нам базовой симметрии в субатомных взаимодействиях, разбираясь, почему «вещество» в нашем мире доминирует над «антивеществом». Логотип LHCb лаконически показывает эту проблематику. Для исследования различного нрава распада частиц и античастиц лучше подступают B-мезоны, но на LHCb изучают и кварки остальных поколений, в частности, c-кварки.

Для выделения новейшей частички в опыте LHCb использовались данные по протон-протонным столкновениям из архивных наборов по тестам коллайдера на определённых энергиях во время его 2-ух «сеансов» работы с 2009 по 2013 и с 2015 по 2018 годы. Исследовался диапазон моментальных частиц деления, в данном случае это — особенный тип мезонов под заглавием J/ψ-мезоны, состоящие из c-кварка и c-антикварка. Тут эти частички создавались как «промежный продукт» протон-протонных столкновений в коллайдере, в свою очередь распадаясь на остальные простые частички, по которым изучают их характеристики и распределение по энергиям, к примеру, на мюонную пару J/ψ→μ+μ—, как в этом случае. Смысл открытия в том, что в результирующем диапазоне наблюдается приметный всплеск при энергии 6,9 ГэВ (6900 МэВ) на фоне «плавной» составляющей диапазона. Таковой выброс должен отвечать распаду некой составной частички, предположительно тетракварка, массу которой теоретические модели оценивали конкретно в этом спектре.

Диапазон J/ψ-мезонов с пиком, указывающим на экзотичную частичку и проверка разных подгоночных моделей. LHCb-PAPER-2020-011.

Заявленная структура, которую именуют X(6900) (по «всплеску» 6900 МэВ) — необыкновенная и ранее не наблюдавшаяся композиция кварков. Все экзотичные адроны, обнаруженные ранее, были составлены максимум из 2-ух тяжёлых кварков — либо b-, либо c-кварков, и ни один не содержал наиболее 2-ух кварков 1-го и такого же типа. Частичка X(6900) состоит из 2-ух C-кварков, либо «очарованных» кварков и 2-ух таковых же антикварков, соответственно её обозначение Tccc̃c̃. Группа LHCb ранее находила и остальные мультикварковые состояния. В частности, так как сенсор LHCb отлично подступает для исследования b-кварков, находили аналогичную предсказанную частичку — экзотичный B-мезон, но пока неудачно.

Интерпретация всплеска на энергетической диаграмме, либо «структуры X(6900)» как адронного состояния, составленного из очень связанных четырёх «очарованных» кварков — лишь одна из способностей, хоть и симпатичная, и она предсказывается тетракварковыми моделями. Но пока недозволено исключить и остальных разъяснений без введения новейших частиц. К примеру, это быть может «адронная молекула» из 2-ух почти не связанных J/ψ-частиц, либо наиболее непростая составная структура. Такие вопросцы появляются и при «открытии» остальных многокварковых структур, а в природе быстрее всего встречаются обе эти способности.

Ещё новости