Международная коллаборация LHCb обнаружила три экзотические частицы, которые никогда не наблюдались ранее: новый пентакварк и пару взаимосвязанных тетракварков, включающую новый тип тетракварка. Открытие, о котором сообщается в пресс-релизе ЦЕРН, пополнило список адронов, найденных на Большом адронном коллайдере (БАК).
Адроны представляют собой составные частицы, образованные кварками — элементарными частицами, каждая из которых имеет свой аромат, указывающий на тип кварка. В соответствии с ароматом кварки могут быть верхними, нижними, странными, очарованными, прелестными и истинными, при этом наименования являются произвольными. Обычно кварки образуют комбинации из двух или трех частиц, формируя мезоны и барионы соответственно. Гораздо реже из кварков образуются системы из четырех или пяти частиц: тетракварки и пентакварки. Эти экзотические адроны были предсказаны физиками-теоретиками около 60 лет назад, но лишь в последние два десятилетия их стали обнаруживать экспериментально.
Большинство экзотических адронов содержат очарованный кварк и очарованный антикварк, а оставшиеся два-три кварка (или антикварка) относятся к верхним, нижним или странным. Однако в последние два года в ходе эксперимента LHCb были открыты другие типы экзотических адронов, например, тетракварк из двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков, а также два тетракварка с открытым очарованием. Наконец, в прошлом году была впервые обнаружена частица с двойным открытым очарованием, содержащая два очарованных кварка и верхний и нижний антикварки.
Новый пентакварк был обнаружен при анализе событий распада отрицательно заряженных B-мезонов. Он состоит из очарованных кварка и антикварка, а также верхнего, нижнего и странного кварка, что делает его первым пентакварком, содержащим странный кварк. Уровень статистической значимости открытия составил 15 сигм (стандартных отклонений), при этом в физике частиц об открытии частицы говорят при уровне значимости выше пяти сигм.
Новый двухзарядный тетракварк с открытым очарованием (очарованный кварк, странный антикварк, верхний и нижний антикварки) наблюдался вместе со своим нейтральным аналогом при совместном анализе распадов положительно заряженных и нейтральных B-мезонов. Уровень статистической значимости для первого составил 6,5 сигмы, а для второго — 8 сигм.
По словам ученых ЦЕРН, открытие новых видов тетракварков и пентакварков и измерение их свойств поможет теоретикам разработать единую модель экзотических адронов, точная природа которых остается неизвестной. Некоторые теоретические модели описывают экзотические адроны как отдельные частицы из тесно связанных кварков, другие модели рассматривают их как пары стандартных адронов, слабо связанных в молекулярно-подобную структуру.