Ученые заполняют «паспортные данные» нового экзотического тетракварка
Уточненные «паспортные данные» новой частицы — экзотического тетракварка Tcc+ представили в своем исследовании физики из научной коллаборации LHCb CERN, 3 сентября сообщает пресс-служба Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН, входящего в коллаборацию.
Об открытии Tcc+ впервые было объявлено на конференции Европейского физического общества в конце июля текущего года. Новая работа коллаборации LHCb «Наблюдение за экзотическим узким дважды очарованным тетракварком», с которой можно познакомиться на сервере препринтов arXiv, содержит экспериментально уточненные характеристики новой кварковой молекулы, 24-й из открытых с момента запуска Большого адронного коллайдера.
«T» в ее названии означает, что это тетракварк, «сс» — что в нем содержатся два очарованных кварка (от «charm»), а «+» — что частица включает в себя также анти-u-кварк и анти-d-кварк.
Участник коллаборации LHCb, завлабораторией ИЯФ СО РАН, академик РАН Александр Бондарь пояснил: «Паспорт частицы — это достаточно условный термин. По аналогии с паспортом человека, где указаны его имя, дата рождения и другие личные характеристики, паспорт частицы также содержит ее основные свойства. В частности, более внимательное рассмотрение свойств Tcc+ показывает, что это довольно уникальное образование, требующее детального изучения».
Экзотический тетракварк Tcc+ является новой формой материи, так он единственный содержит сразу два очарованных кварка, но не имеет в своем составе очарованных антикварков. При этом он уникален и по времени жизни — оно в 100–5000 раз больше, чем у частиц с похожей массой.
Основные характеристики частиц — это их масса, время жизни (или ширина — величина обратная времени жизни частицы) и квантовые числа. У Tcc+, по уточненным данным, масса равна 3874,73 мегаэлектронвольт. Уточненная ширина Tcc+ — порядка 50 килоэлектронвольт.
Основные квантовые числа экзотического тетракварка: полный угловой момент — 1, пространственная четность — положительная. Эти данные не являются строго доказанным фактом, а выведены из того, что его масса очень близка к сумме масс D0 и D*+ мезонов.
Так как у D0-мезона полный момент равен нулю и четность отрицательная, а у D*±мезона полный момент единица и четность тоже отрицательная, то у системы из двух таких частиц с минимально возможной энергией, квантовые числа должны быть 1+).
Об определении изотопического спина Tcc+ рассказал участник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник ИТЭФ, кандидат физико-математических наук Иван Беляев: «Если бы изотопический спин был бы равен единице, то у нашей частицы обязательно были бы еще две „сестры“: одна с электрическим зарядом 0, другая с зарядом +2. В каком-то смысле изотопический спин как раз и характеризует, есть ли у частицы „сестры“ и сколько их. Такие частицы очень легко обнаружить».
Однако эксперимент показал, что «сестер» нет. «То есть совершенно определенно, что Tcc+ — „единственный ребенок в семье“, или, на научном языке, изоспин Tcc+ не может быть равен единице, и значит он равен нулю», — уточнил Беляев.
К числу «паспортных данных» частицы относятся вероятности распада тетракварка во все возможные конечные состояния. Однако LHCb (самый маленький из детекторов коллайдера, на котором коллаборацией ведутся наблюдения) хорошо регистрирует и измеряет параметры заряженных частиц и гораздо хуже — нейтральных. Поэтому Бондарь пояснил ситуацию так: «Мы видим косвенные признаки распада тетракварка в состояния с гамма-квантами, а полностью его реконструировать пока не можем. Для этого требуется больше времени и больше статистики».
Ученые надеются, что полученные результаты будут стимулировать коллаборацию LHCb начать прицельно изучать новый подвид частиц, чтобы экзотический узкий дважды очарованный тетракварк получил свой «паспорт».
