Кварков девять. Один из них, самый массивный, распадается так быстро, что не успевает соединиться с другими в мало-мальски стабильную частицу. Из остальных восьми состоит все то, что мы видим вокруг. Из-за особенностей сильного взаимодействия кварки не могут отдалиться друг от друга на заметное расстояние и, поэтому, их нельзя наблюдать по отдельности.
Физики открыли «экзотические», страшно интересные частицы
Кварк — наименьшая известная на данный момент частица. Из них, очень маленьких, состоят протоны и нейтроны — почти все вещество во Вселенной. Современная физика вполне допускает то, что кроме привычных нам адронов — частиц, вроде протона и нейтрона, состоящих из трех кварков, — могут существовать и более сложные системы из четырех, пяти и более кварков.
Церновская коллаборация LHCb 26 марта объявила об обнаружении в распадах Λb-бариона трех пентакварков – «экзотических» структур, состоящих из пяти кварков. Эксперимент LHCb 2019 г. уточнил результаты, полученные в 2015 г., и благодаря лучшей точности, зарегистрировал не два пентакварка, как было заявлено ранее, а три.
Хотя многокварковые частицы вписываются в современную физику, до 2003 года они экспериментально не наблюдались. Первые указания на их существование появились с обнаружением на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKb частиц, состоящих из четырех кварков. В 2015 г. в эксперименте LHCb были зарегистрированы сразу два пентакварка — из пяти кварков. После этого точность эксперимента подросла, а объем анализируемой статистики и вовсе увеличился в девять раз.
«Главный результат эксперимента 2019 г. заключается в том, что одно состояние, обнаруженное в 2015 г., расщепилось на два, то есть надежно было установлено, что тот пик, который был зарегистрирован как один пентакварк, оказался двумя близкими по массе состояниями, – прокомментировал участник коллаборации LHCb, член-корреспондент РАН Александр Бондарь. – В результате мы имеем два "расщепившихся" пентакварка с массами 4440 и 4457 МэВ и еще один пентакварк с массой 4,3 ГэВ, который в предыдущем эксперименте не выглядел статистически значимым».
«В физике [...] принято верифицировать результаты в независимых экспериментах на других установках, – поясняет сотрудник коллаборации LHCb Павел Кроковный. – Но в данном случае проблема в том, что Λb-барион рождается только на коллайдере LHC. Электрон-позитронный коллайдер SuperKEKb возобновил набор данных с детектором Belle II, но энергии коллайдера не хватит для рождения Λb – это технически невозможно. Другим экспериментам на LHC (ATLAS и CMS) не хватит точности определения массы, чтобы увидеть пентакварки в распадах Λb».
Подобные эксперименты пока опережают возможности теоретиков по объяснению происходящего. Сейчас невозможно предсказать не только основные параметры пентакварков, но, даже, могут ли они существовать — мощности современных компьютеров для этого недостаточно.
«Мы не можем предсказать, где будут обнаружены следующие пентакварки, – добавил Александр Бондарь, – мы можем пока лишь определить, с какой моделью лучше согласуется наблюдаемая в эксперименте картина. Однако, экспериментальные результаты стимулируют развитие новых методов, например, численные расчеты в КХД на решетках, которые способны обеспечить прорыв в понимании многокварковых систем».