Команда физиков нашла признаки пентакварковых состояний и новой материи
Теоретики из Университета Питтсбурга и Университета Суонси показали, что недавние экспериментальные результаты коллайдера CERN дают убедительные доказательства существования новой формы материи. В ходе эксперимента в ЦЕРН, где находится самый высокоэнергетический коллайдер частиц в мире, изучалась тяжелая частица, называемая лямбда b, которая распадается на более легкие частицы, включая известный протон и знаменитый Дж/пси, открытый в 1974 году. В статье, опубликованной сегодня в журнале Physical Review D, физики Тим Бернс из Суонси в Уэльсе и Эрик Суонсон из Питта утверждают, что данные можно понять, только если существует новый тип материи.
Производственные механизмы. На верхней панели показаны диаграммы кварковых линий в электрослабой вершине, а на нижних панелях — соответствующая диаграмма образования состояний Pc. (а) механизмы с усилением цвета, (б) подавление цвета и (в) нефакторизуемые механизмы подавления цвета. Авторы и права: Т. Дж. Бернс и др., Physical Review D (2022). DOI: 10.1103/PhysRevD.106.054029
Большая часть наблюдаемой массы Вселенной состоит из частиц, называемых кварками, которые объединяются, образуя знакомые протон и нейтрон, а также множество других частиц, которые взаимодействуют гораздо сильнее, чем электроны или нейтрино. Эти сильно взаимодействующие частицы известны под общим названием адроны, описанные в теории квантовой хромодинамики. Несмотря на то, что эта теория приближается к своему 50-летию, по-прежнему, как известно, трудно понять ее внутреннюю работу.
«Квантовая хромодинамика — проблемное детище Стандартной модели, — сказал Суонсон. «Чтобы узнать, что он говорит об адронах, нужно годами запускать самые быстрые в мире компьютеры, что затрудняет ответы на десятки вопросов, которые поднимает этот единственный эксперимент».
По этой причине проведение экспериментов с адронами и правильная интерпретация результатов жизненно важны для понимания квантовой хромодинамики.
До недавнего времени все адроны можно было понимать как комбинации кварка и антикварка, как J/psi, или как комбинации трех кварков как протон. Несмотря на это, уже давно подозревали, что возможны и другие комбинации кварков, что составляет новые формы материи. Затем, в 2004 году, была открыта частица под названием X(3872), которая представляла собой комбинацию двух кварков и двух антикварков. С тех пор появились и другие новинки-кандидаты, хотя ни одна из них не может быть окончательно идентифицирована как экзотическая новая комбинация кварков.
«Иногда всплеск данных — это замечательная новость, а иногда это просто всплеск», — сказал Суонсон.
Новая работа объединяет данные ЦЕРН с другими экспериментами 2018 и 2019 годов, чтобы получить последовательное объяснение всех результатов.
«У нас есть модель, которая прекрасно объясняет данные и впервые включает все экспериментальные ограничения», — сказал Бернс. Объяснение требует существования нескольких новых частиц, состоящих из четырех кварков и одного антикварка, называемых пентакварками. Исследование также показывает, что пентакварки находятся на грани того, чтобы их можно было наблюдать в других лабораториях.
«На самом деле нет другого способа интерпретировать данные — состояния пентакварков должны существовать», — сказал Бернс. Вывод повышает вероятность того, что возможны и другие пентакварки, и что целый новый класс материи находится на пороге открытия.
