Сенсація 2021: екзотичний тетракварк знову змінює уявлення про будову світу

14

Всього відомо шість типів кварків, також званих «ароматами»: верхній (u-кварк), нижній (d-кварк), зачарований (c-кварк), дивний (s-кварк), істинний (t-кварк) і красивий (b-кварк). Їм відповідають антикварки-античастинки з протилежними квантовими числами.

вченим з церн вдалося виявити нову частку tcc+, яка володіє незвичайними складом і властивостями. На фото-великий адронний коллайдер, найбільшою прискорювач частинок в світі. Зображення: церн

Кварки і антикварки можуть групуватися, утворюючи адрони-складові частинки з сильною взаємодією. Наприклад, баріони (протони і нейтрони) складаються з трьох кварків, а мезони – з кварків, з’єднаних з антикварками.

Але також існують екзотичні баріони, в тому числі пентакварки, що складаються з чотирьох кварків і одного антикварка, і екзотичні мезони (адронні молекули, гібридні мезони та ін.).

Вчені з європейської організації з ядерних досліджень (церн) виявили якраз такий екзотичний баріон tcc+. Він складається з двох зачарованих кварків, верхнього антикварка і нижнього антикварка – таке поєднання частинок і античастинок і робить його дуже незвичайним. Як правило, кварки і антикварки об’єднуються в пари по аромату, наприклад, істинний кварк і істинний антикварк. Також за останні роки були відкриті кілька тетракварків з зачарованими кварками в складі, але вони містили врівноважують їх зачаровані антикварки.

художнє зображення нової частинки tcc+, в складі якої два зачарованих кварка, верхній антикварк і нижній антикварк. Зображення: церн

Але в tcc + зачаровані кварки з’єднані з антикварками іншого аромату, і це наділяє адрон подвійним відкритим чарівністю (шармом).

Під чарівністю або шармом розуміється адитивне квантове число, яке дорівнює різниці числа зачарованих кварків і зачарованих антикварів. Якщо з’єднуються зачарований кварк (шарм +1) і аналогічний антикварк (шарм -1), то адрон буде володіти нульовим або прихованим чарівністю.

Так як в tcc+ зачарованим кваркам не протиставлені антикварки цього аромату, то частка володіє чарівністю +2 (подвійним).

Також цікаво, що елементарні частинки в складі тетракварка tcc+ відрізняються за масою. Зачаровані кварки вважаються важкими, а нижні і верхні антикварки – легкими. При цьому під час розпаду утворюються два мезона, що складаються з важкого кварка і легкого антикварка. Згідно з теоретичними дослідженнями, маса тетракварка, такого як tcc+, близька до суми мас двох мезонів. Ця близькість мас уповільнює процес розпаду і робить частинку tcc + більш стабільною в порівнянні з іншими адронами.

На даний момент tcc+ – самий довгоживучий екзотичний адрон, але фізики припускають, що в подальшому будуть відкриті і інші більш стійкі частинки. Наприклад, якщо на місці зачарованих кварків виявляться нижні, то маса повинна бути менше суми мас будь-якої пари b-мезонів (поєднання красивого антикварка з нижнім кварком). В цьому випадку розпад практично неможливий і частка проіснує набагато довше, ніж будь-який інший екзотичний адрон.

Новий тетракварк цікавий дослідникам з точки зору подальшого вивчення його властивостей. Він розпадається на частинки, які порівняно легко виявити, що дозволяє дуже точно визначати її масу і вивчити квантові числа. Це в свою чергу допоможе перевірити існуючі теоретичні моделі екзотичних адронів.