Все, что вы видите вокруг себя, вся окружающая нас материя, состоит из элементарных частиц, называемых кварками и лептонами, которые объединяются друг с другом и формируют частицы больших размеров, из которых, в свою очередь, формируются атомы. В некоторых случаях кварки и лептоны могут объединяться весьма экзотическими образами, формируя частицы, обладающие не менее экзотическими свойствами, и недавно ученые, работающие в рамках эксперимента LHCb Большого Адронного Коллайдера, объявили об обнаружении целого семейства новых частиц, называемых пентакварками. Дальнейшее изучение этих частиц, состоящих из пяти кварков, может помочь разгадать множество тайн в области теории кварков, которая играет ключевую роль в Стандартной Модели физики элементарных частиц.
Напомним нашим читателям, что теория кварков появилась на свет в 1960-х годах для упрощения объяснения многообразия новых элементарных частиц, которые ученые открывали десятками и сотнями, анализируя состав космических лучей и проводя эксперименты на первых ускорителях и коллайдерах. Эта теория была предложена американским физиком Мюрреем Гелл-Манн (Murray Gell-Mann), который во всем многообразии известного «зоопарка» элементарных частиц сумел выделить определенные образы, как нечто подобное сделал раньше Менделеев, составляя периодическую систему химических элементов.
В природе существуют кварки шести типов, которые в научной среде называются термином «аромат» — нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. У каждого типа кварка имеется антипод, антикварк, идентичный по массе и размерам, но несущий противоположный заряд. Когда кварки и антикварки связываются при помощи лептонов, они формируют частицы, известные как адроны.
Семейство частиц-адронов весьма велико, в него входят барионы, состоящие из трех кварков, куда входят протоны, нейтроны и множество других «обычных» частиц, мезоны, состоящие из кварка и антикварка. До недавнего времени барионы и мезоны были единственными видами адронов, которые фигурировали в проводимых экспериментах, однако, в 2014 году на Большом Адронном Коллайдере была обнаружена частица Z(4430)+, которая относится к семейству тетракварков, т.е. частиц, состоящих из четырех кварков, двух кварков и двух антикварков, если быть точнее.
И в 2015 году ученые эксперимента LHCb объявили об обнаружении первого пентакварка, частицы, состоящей из пяти кварков, которая стала первым представителем нового класса в семействе адронов. Сейчас в распоряжении ученых имеется в 10 раз больше данных, касающихся пентакварков, чем в 2015 году, и это позволило им более подробно изучить природу этих частиц.
Когда ученые занялись изучением оригинального пентакварка, обнаруженного в 2015 году, они нашли удивительный факт, этот пентакварк распался на два пентакварка. Это позволило ученым предположить, что оригинальная частица фактически была двумя частицами с одинаковой массой, соединившимися так, что они стали со стороны похожи на одну неделимую частицу. Позже ученые обнаружили третий пентакварк, с массой, намного меньшей, чем масса первых двух пентакварков. Но самым интересным и неожиданным оказалось то, что все три типа пентакварков состояли из одинакового набора кварков — одного нижнего, двух верхних, очарованного кварка и очарованного антикварка.
Ученым пока еще неизвестны подробности внутреннего устройства пентакварков, которые, при одинаковом кварковом составе определяют различия в их свойствах. Одним из уже выдвинутых предположений является то, что в действительности пентакварк может быть «слипшимися» барионом и мезоном, которые формируют нечто вроде молекулы, связанной способом, подобным способу связи протонов и нейтронов в атомном ядре.
«Для того, чтобы быть абсолютно уверенным в точности определения природы пентакварков, нам придется собрать еще больший объем экспериментальных данных» — пишут исследователи, — «Кроме этого, мы ожидаем новых результатов от наших ученых теоретиков, ведь существование пентакварка явно указывает на незаконченность существующей кварковой теории».
Источник:
