В экспериментах на Большом адронном коллайдере найдены 4 новых субатомных частицы
Цель Большого Адронного Коллайдера (БАК) — исследовать структуру вещества на субатомном уровне при самых высоких энергиях, когда-либо исследованных в лабораторных условиях. Эти эксперименты проверяют и уточняют стандартную модель физики элементарных частиц. Как периодическая таблица элементов классифицирует атомы (по заряду ядра), так и стандартная модель классифицирует элементарные частицы - фермионы и бозоны. Но теория все еще далека до завершения. Открытие новых субатомных частиц — тетракварков поставило перед учеными новые вопросы о структуре материи и природе сильного взаимодействия.
Ядро любого элемента состоит из барионов (фермионов) — протонов и нейтронов, каждый из которых содержит кварки, «связанные» глюонами. Есть 6 различных типов кварков: верхний и нижний, очарованный и странный, истинный и прелестный, и каждому кварку соответствует антикварк. В стандартной модели каждой частице соответствует античастица с противоположными квантовыми числами. Например, электрону соответствует позитрон — частица с таким же по величине, но положительным электрическим зарядом. Из-за особого свойства сильного взаимодействие (конфайнмента) кварки невозможно наблюдать в свободном виде, только в составе частиц.
Если «отключить» сильное взаимодействие, вся материя немедленно превратится в «суп» из кварков — состояние, которое существовало в момент начала Вселенной.
Не всякий набор кварков может образовать субатомную частицу. Теоретически возможно только определенное число комбинаций. Частица может образовываться: одной или несколькими парами кварк-антикварк (мезоны); тремя кварками (барион, например, протон или нейтрон); тремя антикварками (антибарион, например, антипротон, который состоит из двух нижних и одного верхнего кварка, и имеет отрицательный заряд); двумя кварками и двумя антикварками (тетракварки, они отличаются от мезонов большим числом степеней свободы и другими квантовыми числами); четырьмя кварками и одним антикварком (пентакварк, первую такую частицу наблюдали на БАК в 2015 голу, ее кварковый состав: два верхних кварка, нижний, очарованный кварк и очарованный антикварк).
4 новых частицы открытых при экспериментах БАК являются тетракварками — адронами, состоящими из двух кварков и двух антикварков. Каждая частица содержит пару очарованный кварк — очарованный антикварк, другие кварки отличаются.
Открытие вызвало целую серию вопросов. Почему пентаварк и тетракварки содержат пару очарованный кварк — очарованный антикварк, и не наблюдаются частицы с парой странный кварк — странный антикварк?
Теоретики разделились и в объяснении структуры пентакварка и тетракварков. Одни считают, что это нормальные адроны, такие как протон или нейтрон, а другие полагают, что эти сложные частицы больше похожи на «молекулы» и представляют собой «соединение адронов».
Открытие тетракварков дает новые знания о природе сильного взаимодействия и помогает уточнить стандартную модель. Далеко идущие цели экспериментов — предложить другую или сильно измененную модель субатомных и фундаментальных частиц и взаимодействий, поскольку сама стандартная модель не согласуется с новейшими космологическими теориями.