Поиск одной экзотической частицы привёл к обнаружению двух странных новых структур
Физики, искавшие одну загадочную частицу, неожиданно нашли свидетельства существования сразу двух разных структур, которые могут относиться к необычному семейству экзотических субатомных частиц — так называемых XYZ-состояний. Это открытие может помочь учёным раскрыть новые способы, которыми кварки и глюоны объединяются для создания материи.
Исследователи из коллаборации GlueX в Национальной ускорительной лаборатории имени Джефферсона (Jefferson Lab), финансируемой Министерством энергетики США, искали одну особую частицу — экзотический мезон, который, как теоретически считается, состоит из четырёх кварков. Вместо неожиданно долгих поисков они, возможно, нашли сразу две такие частицы.
«Наши результаты показывают, что мы видим не одно резонансное состояние, а два», — говорит научный сотрудник лаборатории Эми Рейс (Amy Riker), представившая результаты на конференции по физике адронов в августе. «Это может указывать на то, что обе эти частицы являются кандидатами в экзотические мезоны, а не одна».
XYZ-состояния получили своё название из-за необычных свойств, которые не вписываются в стандартную модель кварк-антикварковых комбинаций. «Стандартная модель предсказывает существование мезонов — состояний из кварка и антикварка, — объясняет Рейс. — Но экспериментальные данные последних двадцати лет указывают на то, что существуют частицы, состоящие из четырёх кварков. У нас нет полного теоретического описания, но мы знаем, что они существуют, и их свойства необычны».
Поиск этих состояний затруднён тем, что частицы живут очень короткое время — менее 10⁻²³ секунды — и распадаются на другие, более стабильные частицы. Исследователи изучают эти продукты распада и реконструируют исходное событие, чтобы восстановить свойства родительской частицы.
Коллаборация GlueX провела высокоточные измерения — с разрешением по энергии около 2–4 МэВ, что значительно лучше предыдущих экспериментов. «Мы знали, что там есть что-то, — говорит Рейс. — Группа в CERN (COMPASS) ранее видела нечто подобное, но с гораздо худшим статистическим разрешением, поэтому они не могли ничего утверждать наверняка. Наши новые данные показывают, что то, что они видели, вероятно, было двумя состояниями».
Обнаруженные частицы являются кандидатами в четырёхкварковые мезоны — комбинации из двух кварков и двух антикварков. Если их существование подтвердится, это станет важным шагом в понимании сильного взаимодействия, одного из четырёх фундаментальных взаимодействий природы.
«Каждый раз, когда мы открываем новую экзотическую частицу, это даёт нам лучшее понимание того, как формируется материя в нашей Вселенной», — подчёркивает Рейс. — Мы изучаем, как сильное взаимодействие удерживает кварки вместе в протонах, нейтронах и других частицах материи. Новые состояния проверяют границы этих знаний и помогают совершенствовать теоретические модели».
Коллаборация GlueX намерена провести дополнительные измерения в предстоящие годы, включая изучение распадов частиц для определения их квантовых чисел, которые однозначно установят, являются ли они экзотическими адронами.
