На Большом адронном коллайдере обнаружен магический двойной тетракварк

Эксперимент ЦЕРН на Большом адронном коллайдере-b (LHCb) представил свое последнее открытие на прошлой неделе на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий. Познакомьтесь с волшебным двойным тетракварком, самой долгоживущей частицей экзотической материи, обнаруженной до сих пор.

Кварки — это основные строительные блоки всей материи. Это субатомные частицы, которые объединяются в адроны, группу, которая включает знакомые протоны и нейтроны. (Другими словами, кварки меньше крошечных кварков.) Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но недавно открытый адрон состоит из четырех, что делает его типом тетракварка. Первый тетракварк был официально открыт в 2003 году.

У кварков есть партнеры из антивещества — злые близнецы, если хотите. Этот новый четвертичный компонент состоит из двух тяжелых кварков и двух легких антикварков, склеенных в одну частицу.

Подобные странные частицы могут создаваться внутри ускорителей, таких как Большой адронный коллайдер, но они очень быстро появляются и исчезают. Считается, что эта новая частица имеет долгую жизнь перед распадом, но «длинная» в этом случае все еще слишком коротка, чтобы ее можно было измерить человеческими терминами. «Его продолжительность жизни, вероятно, немного больше одной миллионной доли секунды», — сказал Патрик Коппенбург, физик из Нидерландского национального института субатомной физики и член группы LHCb в ЦЕРНе.

«Мы никогда не сможем напрямую измерить его возраст», — написал Коппенбург в электронном письме Gizmodo.

Кварки отличаются друг от друга массой и зарядом, что придает им шесть различных вкусов: вверх, вниз, вверх, вниз, странность и очарование. Новый тетракварк — первый экзотический «дважды зачарованный» адрон, что означает, что два его очарованных кварка существуют бок о бок с антикварками, которые не были очарованы. «Кварки можно рассматривать как кубики LEGO, поэтому открытие новой группы из четырех кварков, которые ранее не наблюдались, не обязательно увлекательно», — сказала Фрейя Блейкманн, физик элементарных частиц из Университета Фрея в Брюсселе, которая не была связана с об эксперименте, в письме. Электронное письмо: «Что интересно изучать, так это то, как эти частицы сливаются, потому что это может научить нас, как кварки слипаются». «Я думаю, что это очень интересный результат».

Подобно многим другим состояниям кварков, этот тетракварк с двойным очарованием обнаруживается в LHCb с помощью метода, называемого «охота за толчками». По сути, исследователи запустили ускоритель частиц и позволили частицам столкнуться, не отрывая глаз, чтобы получить в систему неожиданное количество энергии или массы. Когда они получают результаты, не синхронизированные с основным шумом системы после фильтрации всех нерелевантных сигналов, исследователи получают доказательства того, что они обнаружили что-то новое; Бозон Хиггса в 2012 году был обнаружен в поисках выпуклостей. 62 адрона на Большом адронном коллайдере были окутаны безвестностью из-за экстремальной физики ускорителей и обширной команды, работающей над всеми машинами и данными.

Результаты, полученные с помощью коллайдеров частиц, улучшают понимание физиками того, как взаимодействуют элементарные частицы. «Если вы действительно хотите узнать кого-то, вы помещаете его в экстремальные ситуации. Что мы делаем с этими тетракварками и пентакварками, так это помещаем теорию в экстремальные ситуации, что не является обычным способом, который мы наблюдали за последние 60 лет», — сказал Марек. Карлинер, физик из Тель-Авивского университета, который не участвовал в последних исследованиях, объяснил это во время видеозвонка. «Оказывается, этот конкретный план эксперимента LHCb идеально подходит для поиска новых адронов».

Двойной магический кварк (по-научному обозначаемый как Tcc +) распадается очень медленно, потому что он немного тяжелее, чем частицы, в которых он распадается. Его редкий состав помещает его в категорию кандидатов в экзотические стабильные адронные состояния. Предыдущие результаты LHCb позволили физикам-теоретикам сделать это. Ожидайте в 2017 году Подобный тетраэдр, называемый Tbb, может быть довольно стабильным, а это означает, что он вообще не распадется из-за силы сильного взаимодействия.

«Это будет прорыв в физике элементарных частиц, если будет продемонстрировано открытие нового типа тетракварка с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками», — сказал Жуй Линь Чжоу, физик-теоретик из Нанкинского педагогического университета в Китае. . «Это открытие двойного магического четвероногого в июле 2021 года, безусловно, является победой теоретических предсказаний».

Карлинер, соавтор прогнозов на 2017 год, сказал, что эксперименты подтвердили его предыдущую работу и подчеркнули сильные стороны LHCb как инструмента для поиска частиц. «Теперь они правят ревущей вселенной», — сказал он о команде LHCb. «Они захватили рынок экзотических адронов — не полностью, — но на LHCb они занимают гораздо большую долю рынка».

Другими словами, если кто и собирался найти что-то более продолжительное, чем этот двойной магический четырехугольник, то, вероятно, это он. Прогнозируемое образование частиц Tbb, недавно опубликованное CERN Courier вызов «Прекрасная кузина» Tcc + может стать следующим праздником на горизонте.

Подробнее: Новый анализ результатов Большого адронного коллайдера подтверждает, что произошло нечто странное