Колаборація LHCb в ЦЕРНі представила нове відкриття на конференції Європейського фізичного товариства з фізики високих енергій (EPS-HEP). Нова частинка, виявлена LHCb і позначена як Tcc +, являє собою тетракварк - екзотичний адрон, що містить два кварки і два антикварки. Це найбільш довгоживуча частинка екзотичної матерії, коли-небудь виявлена, і перша містить два важких кварка і два легких антикварки.
Кварки - це фундаментальні будівельні блоки, з яких будується матерія. Вони об'єднуються, утворюючи адрони, а саме баріони, такі як протон і нейтрон, які складаються з трьох кварків, і мезони, які утворюються як кварк-антикваркові пари.
В останні роки було виявлено ряд так званих екзотичних адронів - частинок з чотирма або п'ятьма кварками замість звичайних двох або трьох. Сьогоднішнє відкриття - це особливо унікальний екзотичний адрон.
Нова частинка містить два зачаровані кварки, а також верхній і нижній антикварк. В останні роки було відкрито кілька тетракварків (у тому числі один з двома зачарованими кварками і двома зачарованими антикварками), але це перший тетракварк, що містить два зачарованих кварки, без зачарованих антикварків, щоб врівноважити їх. Фізики називають це «відкрите зачарування» (в даному випадку «подвійне відкрите зачарування»).
Частинки, що містять зачарований кварк і зачарований антикварк, володіють «прихованим зачаруванням» - сума квантового числа чарівності для всієї частинки дорівнює нулю, як позитивний і негативний електричні заряди. Тут квантове число чарівності в сумі дає два.
У Tcc + є й інші цікаві особливості, крім відкритості. Це перша виявлена частинка, що належить до класу тетракварків з двома важкими кварками і двома легкими антикварками. Такі частинки розпадаються, перетворюючись на пару мезонів, кожен з яких утворений одним з важких кварків і одним з легких антикварків.
Згідно з деякими теоретичними передбаченнями, маса тетракварків цього типу повинна бути дуже близька до суми мас двох мезонів. Така близькість по масі робить розпад «важким», в результаті чого збільшується час життя частинки, і дійсно, Tcc + є найбільш довгоживучим екзотичним адроном, виявленим на сьогоднішній день.
Це відкриття відкриває шлях до пошуку більш важких частинок того ж типу, в яких один або два зачарованих кварка замінені нижніми кварками. Особливо цікава частинка з двома нижніми кварками: згідно з розрахунками, її маса повинна бути менше суми мас будь-якої пари B-мезонів.
Це зробило б розпад не тільки малоймовірним, але і фактично нереальним: частинка не могла б розпадатися через сильну взаємодію, а замість цього повинна була б робити це за рахунок слабкої взаємодії, що зробило б її час життя на кілька порядків більше.
Новий тетракварк Tcc + - цікава мета для подальшого вивчення. Всі частинки, на які він розпадається, порівняно легко виявити, і в поєднанні з невеликою кількістю доступної енергії при розпаді це призводить до чудової точності визначення його маси і дозволяє вивчати квантові числа цієї дивовижної частинки. Це, в свою чергу, може забезпечити сувору перевірку існуючих теоретичних моделей і навіть потенційно дозволити досліджувати раніше недосяжні ефекти.
«Спостереження за сильно пов'язаним екзотичним адроном, який був би стійким по відношенню до сильної взаємодії, було б наріжним каменем у розумінні КХД в масштабі адронів», - говорить Іван Поляков, один з авторів дослідження.