Физики подтвердили открытие экзотической элементарной частицы, состоящей из пяти кварков и антикварков.

Открытие, которого физики ждали около полувека, окончательно подтверждено. Теперь мы точно знаем, что пентакварки, элементарные частицы, состоящие из пяти кварков и антикварков, существуют. Об этом сразу в двух статьях, опубликованных в журнале Physical Review Letters сообщила коллаборация LHCb, занимающаяся исследованиями на Большом адронном коллайдере. В ее состав входят представители семи российских научных организаций (ИТЭФ НИЦ «Курчатовский институт», ПИЯФ, НИИЯФ МГУ, ИЯИ РАН, ИЯФ СО РАН, ИФВЭ, ШАД Яндекс). 

Художественное изображение пентакварка

Возможный состав пентакварка. Буквами обозначены кварки, чертой сверху помечен антикварк.

Возможный состав пентакварка. Буквами обозначены кварки, чертой сверху помечен антикварк.

Об открытии предсказанного теоретиками еще в конце 1960-х годов пентакварка коллаборация LHCb сообщила летом 2015 года. Тогда физики, анализируя распад элементарной частицы лямбда-барион, обнаружили среди промежуточных продуктов реакции два новых адрона, которые предположительно представляли собой пентакварки. Однако, несмотря на то, что статистика говорила о надежности результата, у исследователей оставались сомнения. Дело в том, что их выводы были основаны на определенных модельных представлениях о характере других промежуточных состояний реакции.

В новом исследовании физики переделали анализ, устранив эти предположения. Они доказали, что независимо от модели, пентакварки действительно необходимы для объяснения имеющихся экспериментальных данных. Статистическая значимость результата составляет более девяти стандартных отклонений, в то время как для уверенного утверждения об открытии новой частицы необходимо более пяти. Стандартное отклонение характеризует погрешность измерения исследуемого параметра. Если отклонение измеренного значения от теоретически предсказанного невелико, то его можно списать на случайную статистическую флуктуацию данных. Но различие более чем на пять стандартных отклонений однозначно говорит, что это не случайно.

По современным представлениям элементарные частицы, получившие название адронов, состоят из кварков (фундаментальных частиц с дробным электрическим и барионным зарядами). Уже в 1960-х годах физики обнаружили, что мезоны состоят из кварка и антикварка, а  известные в то время барионы, в том числе протон и нейтрон, из трех кварков. А вот поиск адронов из большего числа кварков, затянулось на несколько десятилетий, хотя теория предсказывала их существование. И вот, наконец, был совершен прорыв, в последние два года физики обнаружили тетракварк и пентакварк.

Их открытие должно существенно расширить наши знания о структуре адронов и стало ещё одним подтверждением существующей теории сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики.

По материалам Американского физического общества (APS)