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

(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

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.

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.