Спустя более трех лет после открытия субатомной частицы, невиданной ранее, физики теперь знают, как эти частицы, называемые пятиугольниками, собираются вместе.
Новое исследование выявляет три совершенно новых вида пятиугольников и показывает, что каждый из них состоит из двух компонентов: одного трехкваркового кластера, называемого барионом, и одного спаривания кварка и антикварка, называемого мезоном.
«У нас получилась гораздо более четкая картина, и мы сказали:« Боже мой, в ней есть вещи, о которых мы даже не думали », - сказал руководитель исследования Томаш Скварницкий, физик из Сиракузского университета в штате Нью-Йорк.
Субатомная структура
Кварки - это субатомные частицы, которые бывают шести типов (вверх, вниз, странный, шарм, снизу и сверху). Они являются строительными блоками протонов и нейтронов, которые состоят из трех кварков за штуку. Эти трехкварковые частицы также известны как барионы. Другим важным типом частиц является мезон; каждый из них состоит из кварка и антикварка. Антикварки - странные кузены антивещества кварков.
В 1960-х годах, когда физики впервые теоретизировали обо всех этих кварках, они поняли, что нет никаких причин не иметь частицы, состоящие из четырех или пяти кварков, сказал Скварницкий в интервью журналу Live Science. Но не было экспериментальных свидетельств существования пятикварковых частиц или пятиугольников - то есть до 2015 года, когда Скварницкий и его коллеги обнаружили объекты среди частиц, возникших в результате столкновений на Большом адронном коллайдере в Женеве.
В то время, сказал Скварницкий, данные были немного туманными. С тех пор исследователи увеличили объем данных, которые они имеют на этих пятиугольниках, в девять раз. Это привело к гораздо более четкой картине, сказал Скварницкий.
Шарики кварков
Первое, что обнаружили исследователи, - это то, что среди частиц LHC есть три отдельных пятиугольника трех уникальных масс. Один был ранее незамеченным. В исследовании 2015 года два других появились как один всплеск в спектре массы частиц, но теперь они видны как две отдельные частицы с разными массами.
Самое главное, что новые данные раскрывают внутреннюю структуру этих пятиугольников. Ранее, по словам Скварницкого, неясно, как пять кварков были расположены внутри пентакварка. Все ли они взаимодействовали друг с другом? Или вместо этого было два кластера - один трехкварковый барион и мезон (частица из кварка и антикварка), которые взаимодействовали друг с другом?
Новые данные показывают, что это последний случай. По словам Скварницки, в зависимости от того, как распадаются кварки - они нестабильны и существуют ненадолго до изменения их конфигурации - они должны состоять из взаимодействующих барионов и мезонов. Пентакварки состоят из кварка очарования, кварка против очарования, двух кварков вверх и одного кварка вниз. Они имеют разные массы, потому что кварки существуют в разных квантовых состояниях.
«Значимость новых наблюдений заключается в том, что теперь они указывают в одном четком направлении», - сказал он. Каждый пентакварк состоит из бариона с тремя кварками внутри и мезона с кварком и антикварком.
«Это как два отдельных шарика кварков, слипшихся друг с другом», - сказал Скварницкий.
Скварницкий представил результаты 26 марта на конференции по физике Rencontres de Moriond в Ла Туиле, Италия. По словам Скварницки, исследователи планируют провести дальнейшие измерения, чтобы подтвердить свои выводы, и они планируют поискать больше пентакварков.
«На самом деле я уверен, что в будущем мы увидим больше частиц пентакваркового типа», - сказал он.
