Эксперимент LHCb в ЦЕРН докладывает о наблюдении экзотических части – пентакварков

Женева, 14 июля 2015 г. Сегодня эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН доложил об обнаружении класса частиц, известных как пентакварки. Коллаборация подала для публикации в журнале Physical Review Letters статью, в которой описывается это открытие.

«Пентакварк – не просто какая-то новая частица», – сказал представитель LHCb Гай Уилкинсон. «Пентакварк представляет собой способ объединять кварки, то есть фундаментальные составляющие обычных протонов и нейтронов, в форму, которая никогда не наблюдалась более чем за пятьдесят лет экспериментальных поисков. Изучение свойств пентакварка может позволить нам лучше понять, из чего состоит обычная материя, то есть протоны и нейтроны, из которых мы все сделаны.»

Наше понимание структуры вещества преобразилось в 1964-ом году, когда американский физик Марри Гелл-Манн сделал предположение о том, что частицы, известные как барионы (которые включают в себя протоны и нейтроны), состоят из трёх дробнозарядных объектов, называемых кварками, а другая категория частиц, мезоны, состоят из кварк-антикварковых пар. В 1969-ом году Гелл-Манну была присуждена Нобелевская премия по физике за эту работу. Эта кварковая модель также допускает существование других сложных кварковых состояний, таких как пентакварки, состоящих из четырёх кварков и одного антикварка. Однако, до сих пор не наблюдалось убедительных свидетельств существования пентакварков.

Исследователи LHCb провели поиск пентакварковых состояний, исследуя распад лямбда-бариона на три частицы: J/ψ-мезон, протон и заряженный каон. Изучение спектра инвариантой массы J/ψ-мезона и протона выявило, что в процессе рождения этих двух частиц иногда участвовали и промежуточные состояния. Эти состояния были названы P_c(4450)⁺ и P_c(4380)⁺, где первое явно наблюдалось как пик в экспериментальных данных, а второе требовалось для полного описания наблюдаемых данных.

«Используя преимущества большого объёма экспериментальных данных, предоставленных коллайдером, а также прекрасной точности нашего детектора, мы изучили все возможности получения этих сигналов и заключили, что они могут объясняться только пентакварковыми состояниями», – заявил Томаш Скварницки, физик LHCb, работающий в Сиракьюсском университете.

«Точнее, эти состояния, должно быть, состоят из двух верхних кварков, одного нижнего, очарованного кварка и очарованного антикварка.»

Предыдущие эксперименты, проводившие поиски пентакварков, не смогли сделать однозначных выводов. Эксперимент LHCb отличается тем, что он позволил взглянуть на пентакварки с разных сторон, и все наблюдения привели к одним и тем же выводам. Это как будто если бы предыдущие поиски искали силуэты в темноте, а поиск на LHCb проводился под светом прожекторов, направленных со всех сторон на искомые частицы. Следующий шаг анализа – изучить, как кварки связаны друг с другом в пентакварках.

«Кварки могут быть жёстко связаны между собой, – говорит физик LHCb Лимин Жан из Университета Цинхуа, – или же слабо связаны в какой-то тип мезонно-барионной молекулы, в которой мезон и барион подвержены остаточному сильному взаимодействию, схожему с тем, которое связывает протоны и нейтроны в ядро».

Требуется больше исследований, чтобы принять или опровергнуть эти гипотезы и узнать, чему же ещё пентакварки могут нас научить. Новые экспериментальные данные, которые LHCb наберёт во втором сеансе измерений БАК, позволят продвинуться вперёд в этой области.

Источник

Ссылка на статью на сайте arXiv: 

Подробности на сайте коллаборации LHCb