Физики из ЦЕРН открыли новый класс "дьявольских" частиц

"До настоящего времени мы думали, что пентакварки состоят из пяти элементарных частиц, соединенных друг с другом. Мы показали, что в реальности все не так. Удвоение энергии столкновений позволило нам набрать в 10 раз больше данных и понять, что мы открыли не один пентакварк, а две разных частицы", — рассказывает Томаш Скварницкий (Tomasz Skwarnicki) из университета Сиракьюз (США).

По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.

В принципе, существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырех и даже пяти кварков разного "аромата" или, говоря проще, "цвета". Относительно недавно ученые начали часто открывать такие частицы, тетракварки и пентакварки, анализируя данные с БАК и ускорителя Тэватрон.

Несмотря на большое число следов их существования, многие физики изначально сомневались в том, существуют ли эти "дьявольские" частицы на самом деле. Дело в том, что ряд ученых предполагал, что на самом деле они представляют собой своеобразные "молекулы" из одного бариона и мезона, а не единую частицу из пяти кварков.

Три года назад физики ЦЕРН, работающие с детектором LHCb, подтвердили, что пентакварки на самом деле существуют, не обнаружив потенциальных следов подобных кварковых "молекул" в следах их распада. Это заставило их заключить, что других вариантов подобных "дьявольских" частиц не существует.

Новые данные, собранные LHCb после перезапуска коллайдера в 2015 году и удвоения его мощности, как отмечает Скварницкий, заставили ученых сомневаться в подобном выводе. Помимо уже известных пентакварков, Pc(4450)+ и Pc(4380)+, открытых Скварницким и его коллегами четыре года назад, физики ЦЕРН нашли следы еще трех частиц такого типа.

Все они, как отмечают ученые, вели себя совершенно не так, как их "монолитные" собратья – они распадались не единомоментно, а поэтапно, что сопровождалось рождением узких пиков в данных с БАК. Подобные всплески, как объясняет физик, говорят о том, что породившая их частица имеет сложную внутреннюю структуру, похожую на молекулу.

Каждый из трех новых кварков имеет схожее устройство, что позволяет объединить их в новый класс "дьявольских" частиц. Их "половинки", как показали замеры на LHCb, обладают вполне заурядными свойствами и вполне укладываются в лекала Стандартной модели физики.

Что интересно, дальнейший анализ этих данных показал, что один из "старых" пентакварков, открытых еще до обновления БАК, на самом деле представлял собой две частицы нового типа, следы чьих распадов "наслоились" друг на друга в данных с LHCb.
Как надеются ученые, дальнейшие поиски новых "дьявольских" частиц и анализ их свойств поможет им понять, как устроены самые экстремальные формы материи во Вселенной, в том числе нейтронные и кварковые звезды, и скрывается ли "новая физика" в их недрах.