Международный коллектив ученых, включающий  российских физиков, объявил об открытии в эксперименте DZero тетракварка, в котором все четыре кварка имеют разный аромат.

По современным представлениям элементарные частицы адроны состоят из кварков – частиц, имеющих дробный электрический и барионный заряды. Уже с 1960-х годов известно, что мезоны состоят из кварка и антикварка, а барионы, к которым относятся всем известные протон и нейтрон, – из трех кварков. А вот обнаружение адронов из большего числа кварков, названных экзотическими частицами, затянулось на несколько десятилетий.

Строение тетракварка. Схема Fermilab http://www.symmetrymagazine.org/article/fermilab-scientists-discover-new-four-flavor-particle.

Схема эксперимента, в котором обнаружен новый тетракварк (Х). На рисунке показано столкновение в коллайдере протона и антипротона, а также распад самого тетракварка.

Схема эксперимента, в котором обнаружен новый тетракварк (Х). На рисунке показано столкновение в коллайдере протона и антипротона, а также распад самого тетракварка.

Детектор DZero (Fermilab, США), Фото Reidar Hahn, Fermilab.

Впервые о тетракварках (по-гречески тетра – четыре) было сообщено в 2003 году в эксперименте Belle в Японии. С тех пор называлось несколько различных кандидатов в тетракварки, однако все они вызывали сомнения. Только 2014 году на Большом адронном коллайдере был, наконец, официально открыт тетракварк (точнее было, доказано существование кандидата, о котором говорили еще с 2007 года), а в 2015 году был обнаружен пентакварк (по-гречески пента – пять).

25 февраля 2016 года ученые, участвующие в эксперименте DZero в американской лаборатории Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), сообщили об открытии еще одного тетракварка. Подробности эксперимента они изложили в статье, которая размещена сайте arxiv.org. Среди авторов открытия представители 75 институтов из 18 стран, среди которых 5 научных организаций представляют Россию (ОИЯФ, ИТЭФ, МГУ, ИФВЭ, ПИЯФ).

Новую частицу нашли при анализе результатов экспериментов на коллайдере Теватрон в 2002-2011 годах. Сам коллайдер уже не работает с 2011 года, но ученые все еще продолжают изучать миллиарды накопленных записей протонных столкновений. В DZero искали новые экзотические частицы по их распаду на B_s^o мезон и пи-мезон. Первые намеки на существование новой частицы физики увидели в июле 2015 года, однако тогда они не стали спешить сообщать об открытии.

«Только после того, как мы провели несколько перекрестных проверок, мы начали верить, что сигнал, который мы увидели, не может быть объяснен фоновыми или известными процессами, что свидетельствует о новой частице» – сказал один из спикеров коллаборации Дмитрий Денисов, представляющий Fermilab.

Новая частица получила название Х(5568), по величине ее массы, которая составляет 5568 мегаэлектронвольт. Однако Х(5568) – это не просто новый тетракварк. В то время как все остальные наблюдаемые тетракварки содержат, по крайней мере, два кварка с одинаковым ароматом, у нашего героя все четыре кварка имеют разные ароматы: u (верхний), d (нижний), s (странный) и b (прелестный). Напомним, что ароматами называют типы кварков. Всего существует шесть ароматов.

Теперь ученые исследуют различные свойства новой частицы. В частности, они пытаются ответить на вопрос, как ее четыре кварка связаны между собой. То ли они образуют единый плотный шар, то ли это две пары сильно связанных кварков, которые вращаются на некотором расстоянии друг от друга, подобно атомам в молекуле водорода.

Пока что тетракварки – редкие частицы, в отличие от своих двух- и трехкварковых собратьев, более сотни которых наблюдалось за последние 50 лет. Их изучение расширит наше понимание структуры адронов и сильного взаимодействия, которое «склеивает» кварки между собой.

По материалам Fermilab