Фізики відкрили нову елементарну частинку – тетракварк

Великий адронний коллайдер, як відомо, машина неймовірно складна. Серед основних завдань прискорювача заряджених часток – розгін протонів і важких іонів і вивчення продуктів їх зіткнень. Нове дослідження, результати якого були представлені в ході міжнародної наукової конференції з фізики, підтвердило існування раніше невідомої частинки, яка представляє собою тетракварк – екзотичний адрон, що містить два кварка і два антикварка. Це – сама довгоживуча частка екзотичної матерії, яку коли-небудь відкривали дослідники, і перша, що містить два важких кварка і два легких антикварка. І перш ніж ви остаточно заплутатися, нагадаємо, що кварки – це фундаментальні будівельні блоки, з яких будується матерія. Об’єднуючись, ці субатомні частинки утворюють адрони – групу, що включає знайомі протони і нейтрони (іншими словами, кварки менше, ніж просто маленькі.) Протони і нейтрони складаються з трьох кварків, але недавно виявлена ​​частка адрону складається з чотирьох, що робить її різновидом тетракварк – абсолютно нової частинки.

Світ елементарних частинок

Елементарні частинки, хоча і невидимі людському оку, складають як і нас самих, так і все, що нас оточує. Говорячи про кварки, важливо розуміти, що вони відрізняються один від одного масою і зарядом. Новий тетракварк – перший екзотичний адрон, який вчені називають чарівним. Причина полягає в тому, що два його кварка присутні поруч з антикварки, а ось вони не чарівні абсолютно.

Кварки можна розглядати як цеглинки Lego, тому просто виявити нову комбінацію з чотирьох кварків, які раніше не спостерігалися – не такий вже захоплюючий процес як може здатися. Що цікаво вивчати, так це те, як ці частинки об’єднуються – розуміючи ці процеси ми нарешті зможемо дізнатися як кварки склеюються між собою,

– повідомила Фрейя Блекман, фізик з Університету Вріє в Брюсселі, яка не брала участі в дослідженні. Я думаю, що це дуже захоплюючий результат.

Отже, нова частинка містить два кварка і два антикварка – злі близнюки кварка, якщо можна їх так назвати. В останні роки було виявлено кілька тетракварків (в тому числі один з двома кварками і двома антикварки). Нове відкриття фізики виділяють особливо, так як частинки, що містять кварк і антикварк, мають за їхніми словами «приховане зачарування».

Чому тетракварк – особлива частка?

Екзотичні частки, подібні новому тетракварку, можуть створюватися в прискорювачах, таких як Великий адронний коллайдер, але з’являються і зникають вони надзвичайно швидко. Вважається, що новий тетракварк існує досить довго, перш ніж розпадеться. Але «довго» в даному випадку – неймовірно короткий період часу, за який навряд чи цю частку можна виміряти в наших, вже вибачте, людських термінах.

Тривало життя нового тетракварк ймовірно, трохи перевищує одну квінтильйон секунди,

– сказав Патрік Коппенбург, фізик з Голландського національного інституту субатомной фізики і член команди LHCb в ЦЕРН.

Як і багато інших кваркових станів, нова частка була виявлена знайдений фізиками з використанням методу, під назвою «полювання за ударами». По суті, дослідники запускають прискорювач частинок і дозволяють частинкам стикатися, стежачи за несподіваним кількістю енергії або маси в системі. Коли вони отримують результати, які не синхронізовані з основним шумом системи і відфільтрувавши все, що не стосується справи сигнали, у фізиків з’являється підказка – вони натрапили на щось нове.

Відзначимо також, що результати, отримані за допомогою ВАК, сприяють розумінню фізиками того, як взаємодіють фундаментальні частинки. Що ж до нового тетракварк (науково записаний як Tcc +), то він розпадається повільно, так як лише трохи важчий частинок, на які він розпадається. Попередні результати LHCb дозволили фізикам-теоретикам передбачити в 2017 році, що подібний тетракварк, званий Tbb, може бути повністю стабільним, що означає, що він взагалі не розпадеться через сильну взаємодію.

Це буде прорив у фізиці елементарних частинок, якщо буде доведено відкриття нового типу тетракварк з двома важкими кварками і двома легкими антикварки »,

– зазначив Руй-Лінь Чжу, фізик-теоретик з Нанкинского нормального університету в Китаї. Нове відкриття яявляется абсолютним тріумфом теоретичних передбачень.

В цілому, новий експеримент підтверджує раніше отримані дослідниками висновки: «тепер ми знаємо, що ці частки правлять адронним всесвітом», – зазначають фізики. Більш того, відкриття відкриває шлях для пошуку більш важких частинок того ж типу, з одним або двома кварками. Ну а нова частинка – дуже приваблива мета для подальшого вивчення.

Справа в тому, що частинки, на які розпадається тетракварк, порівняно легко виявити, і в поєднанні з невеликою кількістю доступної енергії при розпаді це призводить до чудової точності визначення маси тетракварк і дозволяє вивчати квантові числа цієї захоплюючої частки. Це, в свою чергу, може забезпечити сувору перевірку існуючих теоретичних моделей і навіть потенційно може дозволити досліджувати раніше недосяжні ефекти.