Схема одного из возможных вариантов взаимодействия кварков в составе тетракварка
На этой неделе на конференции Европейского физического сообщества (EPS-HEP) эксперимент LHCb объявил об обнаружении новой частицы — дважды очарованного экзотического адрона T+cc. Этот выдающийся результат был получен при непосредственным участии сотрудников нашего института.
Экзотические адроны — это класс частиц, свойства которых предполагают внутреннюю структуру, отличающуюся от привычной схемы мезонов (состоящих из пары кварк-антикварк) и барионов (состоящих из трех кварков). Предположения о существования экзотических адронов были озвучены одновременно с появлением самой кварковой модели, однако экспериментально первая такая частица была обнаружена лишь 2003 году.
На данный момент обнаружено уже более двух десятков частиц, предположительно состоящих из четырех или пяти кварков (тетракварков и пентакварков), однако по-прежнему открытым остается вопрос о взаимодействии кварков в их составе. Большинство обнаруженных тетракварков имеют массы, близкие к массовым порогам пар уже известных адронов. Это позволяет предположить, что их внутренняя структура представляет собой мезон-мезонную молекулу, в которой два бесцветных объекта связаны сильным взаимодействием. Однако возможность, что все четыре кварка в тетракварке тесно связаны, также не исключена.
Многие из открытых ранее тетракварков имеют в своем составе пару из с-кварка и анти-с-кварка, однако дважды очарованный тетракварк наблюдается впервые. Присутствие сразу двух с-кварков позволяет однозначно говорить об экзотической природе T+cc, его минимальный кварковый состав — ccud. Его время жизни значительно превышает время жизни ранее обнаруженных тетракварков.
Для поиска дважды очарованного тетракварка T+cc в эксперименте LHCb использовались данные, набранные в протон-протонных столкновениях в 2011-2018 годах и соответствующие интегральной светимости 9 фб-1. Узкий сигнал, соответствующий новому состоянию, был обнаружен в распределении по массе D0D0π+-кандидатов, рожденных непосредственно в точке столкновения протонов. Значимость обнаруженного сигнала намного превышает 10 стандартных отклонений.
Были измерены параметры обнаруженной частицы — ее масса и ширина. Измерения проводились в предположении, что новое состояние имеет теоретически предсказанные квантовые числа JP = 1+. Со значимостью 4.3 стандартных отклонения было установлено, что масса T+cc-адрона находится ниже порога массы D*+D0-пары, измеренное положение сигнала на δm = 273±61±5+11−14 кэВ меньше этого порога. Ширина сигнала была найдена равной Г=410±165±43+18−38 кэВ. В обоих измерениях первая погрешность — статистическая, вторая — систематическая, а третья учитывает возможность отличных от предсказанных значений JP.
Уже достаточно скоро на Большом адронном коллайдере начнется новый сеанс набора данных. Дальнейшее изучение T+cc-адрона, в том числе в распадах, использующих изоспиновую симметрию, позволит лучше понять его свойства. Кроме того, открытие этой частицы позволяет надеяться на обнаружение в большем образце данных и дважды прелестного тетракварка.