В БАКе пойман новый вид четырёхкварковой частицы

С тех пор как в 2012 году был открыт бозон Хиггса, физики не объявляли о столь же громких и успешных экспериментах по поиску новых элементарных частиц. Учёные давно пытаются добиться появления чего-нибудь, что опровергло или дополнило бы существующие модели функционирования Вселенной.

Схема, дающая представление о массах кварков, представленных в виде размеров. В левом нижнем углу для сравнения приведены массы электрона (красная точка) и протона (серый шар) (иллюстрация Wikimedia Commons).

К сегодняшнему этапу развития наука шла долго. В 1930-х годах схема взаимодействия элементарных частиц была вполне ясной: атомы состоят из ядра и оболочки, в ядре располагаются протоны и нейтроны, а электроны обращаются вокруг них, словно планеты вокруг звезды. Затем в экспериментах начали проявляться тайны природы: сначала космические детекторы ловили новые частицы, а затем их получали на ускорительных установках.

В последующих десятилетиях было открыто столь большое количество ранее неизвестных частиц, что им уже не успевали раздавать названия. Поэтому в 1950-х годах физики разработали новую модель, классифицировали частицы и дали им имена. Общее название для новых частиц-составляющих ядра атомов позаимствовали из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где прозвучала загадочная фраза «Три кварка для Мюстера Марка!». Так их и назвали — кварки.

Красивое слово в переводе с немецкого означает «творог», а англичане и ирландцы этим словом имитируют крики чаек. Классифицировали кварки тоже оригинальным образом: верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный ©, прелестный (b) и истинный (t). К тому же, у каждого кварка есть свой антикварк — частица антиматерии.

Кварки фактически лежат в основе вещества. Протоны и нейтроны — каждый состоит из трёх кварков и относятся к семейству барионов. А если объединить кварк и антикварк, то получится мезон.

До самых недавних пор модель кварков не вызывала никаких проблем и противоречий: в экспериментах встречались двух или трёхкварковые частицы, но лишь недавно физики заговорили о существовании загадочных частиц из четырёх кварков, так называемых тетракварках. Это пошатнуло идеальные представления о сложившейся модели.

В 2008 году физики, работающие над экспериментом Belle Collaboration в Японии, рассказали о существовании отрицательно заряженной частицы Z(4430): подобно мезону, она состояла из пары очарованного кварка и антикварка, но при этом имела заряд, чего в принципе быть не должно.

После тщательного анализа данных о 25 тысячах распадов мезонов в результате более чем 180 триллионов столкновений пучков в Большом адронном коллайдере в 2011 и 2012 годах, исследователи, наконец, подтвердили существование Z(4430) с очень высокой степенью уверенности — 13,9 сигма. Для открытия, напомним, требуется всего 5 сигма. Об этом физики сообщили в пресс-релизе БАКа.
Сотрудники БАКа пошли даже дальше, чем первооткрыватели-японцы: им удалось изменить спин и чётность новой частицы — два свойства квантовой природы, которые дают наиболее чёткое представление о Z(4430). Статью с результатами исследования можно найти на сайте препринтов arXiv.org, но вскоре она должна появиться и в рецензируемых журналах.

По всей вероятности, Z(4430) является тетракварком, состоящим из пары очарованного и антиочарованного кварка, а также пары верхнего и антиверхнего кварка. В подобное открытие никто бы и не поверил, если бы результаты не были предоставлены двумя совершенно независимыми командами физиков.

Теперь останется лишь понять, какие ещё существуют частицы, способные раздвинуть границы кварковой модели.

Источник