Изучая данные с детектора LHCb на Большом адронном коллайдере, учёные нашли убедительные доказательства существования уникальной частицы – дважды открыто очарованного тетракварка. Это название, возможно, покажется странным для непрофильного читателя, но оно намекает на то, что нашим представлениям о мире придётся внести значительные изменения.
Курс физики в средней школе представляет стройную, но не полную картину микромира. Любой интересующийся естественными науками рано или поздно сталкивается с этим шоком: протоны, нейтроны, электроны, фотоны и нейтрино — это не всё. Есть ещё кварки, лептоны, бозоны, а «обычные» нам субатомные частицы представляют собой «суп» из ещё более мелких элементов. Исключение составляют электроны и фотоны — они неделимы.
Практически вся материя вокруг нас состоит из барионов — тяжелых частиц: стабильных нейтронов и протонов. Последние состоят из трех кварков каждый. Существуют также нестабильные мезоны, состоящие из пары кварк-антикварк, но в данном контексте они не так значимы. Если углубляться еще сильнее, то эта картина все равно не полная, поскольку относительно протона существует несколько иная информацияФизики давно определились с ролью кварков, признав их фундаментальными «кирпичиками» мироздания, из которых состоят все крупные частицы. Это доказано достаточно достоверно (а вот как образованы сами кварки — вопрос длительных и пока неразрешимых споров).
В законах природы нет ограничений на то, чтобы кварки собирались не по два или три, а в больших группах. Таких экзотических частиц предсказывали теоретики еще в 1960-е годы. Но из-за отсутствия мощных средств фильтрации шума на экспериментальных установках их обнаружить не удавалось до XXI века. Развитие компьютерной техники кардинально изменило ситуацию, и с 2003 года открывается множество тетракварков (четыре кварка) и даже пара пентакварков (пять кварков).
Все эти экзотические частицы обладают рядом общих свойств. Прежде всего, они крайне нестабильны, и их время жизни измеряется зептосекундами. Во-вторых, хотя они не противоречат Стандартной модели, в нее не вписываются.
Другими словами, их роль совершенно непонятна, а существование пентакварков в природе вызывает сомнения (их получали только в ходе специальных экспериментов). Но недавно открытый дважды открыто очарованный тетракварк и на этом необычном фоне выделяется.
Самая необычная из всех необычных частиц.
Открытие необычного тетракварка произошло на Конференции по физике высоких энергий Европейского физического общества. EPS-HEP) сообщили специалисты, работающие с экспериментом ЦЕРН LHCbСамый малый из основных детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил частицу. Находку совершили, анализируя архивные данные с 2011 по 2018 год в процессе обычного поиска незамеченных открытий. Без предварительного теоретического предсказания, подобного бозону Хиггса или планете Нептун, выявление явлений возможно лишь при обработке огромного объема информации «на удачу». Такой же подход уже помог обнаружить десятки разных частиц.
Обработка данных от миллионов столкновений частиц, проводившихся на БАКЕ, позволила однозначно определить мезон. Tcc+Этот необычный тетракварк очарован в два раза. Его состав резко отличает от других подобных частиц. Два тяжёлых протона, практически одинаковых по массе, объединены друг с другом. c-кварка (очарованных), а также легкие u-антикварк (верхний) и dАнтикварк (с нисходящим ароматом).
Необычно то, что до сих пор не встречались частицы с открытым очарованием, полагали, что c-кварк должен уравновешиваться c-антикварком. Но Tcc+Повредил не только этот шаблон, но и живет чрезвычайно долго — единицы аттосекунд, что на два-три порядка превышает время распада других экзотических адронов. Отличная новость заключается в том, что имея более двухсот событий-кандидатов на обнаружение… Tcc+В ЦЕРНе установили чёткие критерии для обнаружения тетракварка. Частицы, из которых распадается тетракварк, достаточно просто обнаружить, поэтому другие исследовательские группы смогут подтвердить открытие на своих ускорителях. Tcc+Энергии для его образования значительно меньше требуются, чем для БАК.
Прорыв или революция?
Сам факт существования Tcc+Постановка перед физиками нового вопроса: возможна ли неоднозначность структуры частицы и её использование как «шаблон» для других. В таком случае реалистичным может быть существование мезона не с двумя очарованными кварками, а с одним или парой более тяжёлых кварков. bКварки (прелестные) нарушают привычную картину мира, потому что им нужно существовать в разы дольше. Это значит, что более массивные «сородичи» Tcc+Могут более вероятно общаться с другими окружающей их частицами. Возможно, таким образом у них будет собственная роль во Вселенной не только как побочный результат взаимодействия субчастиц.
Помимо всего вышеописанного Tcc+Может похвастаться широким набором отличительных признаков, точные научные объяснения которых доступны не каждому. В их числе, например, странная схожесть массы дважды открытого тетракварка с парой… DРассмотреть мезоны и выявить их структуру. Tcc+Достаточно полно не удалось определить его структуру. Не ясно, является ли это «молекулой» из двух мезонов, то есть парой структур из тяжелого кварка и легкого антикварка, или напоминает атом, где тяжелые кварки находятся компактно в центре, а окружены облаком суперпозиций антикварков.
Одно ясно точно — новость о Tcc+Открытие может привести к новому этапу исследований физиков и поиску других подобных частиц. Его нельзя назвать сенсацией уровня открытия бозона Хиггса, но ситуация интригующая и с далекоидущими последствиями. Это событие намекает на мысль о том, что Стандартная модель ненамного полнее квантово-механической модели атома. Она работает на своем уровне, а реальность сложнее, так что физикам предстоит продолжить исследования. Нам же остается следить за революциями в науке, которые могут принести такие прорывы.