Коллаборация LHCb, одного из экспериментов Большого адронного коллайдера, куда входят представители нескольких университетов, объявила об открытии новой частицы — экзотического тетракварка Tcс+. Частица сильно выделяется среди собратьев и представляет собой новую форму материи. 

Тетракварк — это экзотическая элементарная частица, адрон, состоящий из двух кварков и двух антикварков. Экзотическими тетракварки называют, потому что изначально считалось, что адроны могут состоять или из пары кварк-антикварк (такой адрон называется мезоном), или из трех кварков (в этом случае адрон называется барионом; барионами являются, например, протон или нейтрон). Барионов и мезонов известно много, и они хорошо изучены. Однако более 50 лет назад было сделано предположение, что существуют адроны, состоящие из четырех и даже пяти кварков – тетракварки и пентакварки. На данный момент экспериментально уже обнаружено 4 пентакварка и около 20 тетракварков.

«Частица обладает уникальными свойствами и фактически представляет собой новую форму материи, – пояснил участник коллаборации LHCb, заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, академик РАН Александр Бондарь. — c-кварки, входящие в новый тетракварк, относительно тяжелые: каждый обладает массой в 1,5 массы протона. Частица имеет положительный заряд (+1) и массу приблизительно 3,875 ГэВ».

Известные науке тетракварки могут включать в себя различную комбинацию кварков, но их объединяет то, что в них всегда содержится очарованный кварк и очарованный антикварк. Tcс+ принадлежит совершенно новому семейству частиц, так как он содержит два очарованных кварка, но ни одного антикварка, объясняют в РАН. С-кварк, или очарованный кварк, — кварк с зарядом +(2/3)e, он занимает третье место по массе среди кварков (после тяжелых t- и b-кварков). 

«Мы уверены, что именно наличие двух тяжелых кварков в такой системе принципиально важно для того, чтобы эта система была достаточно устойчивой и долгоживущей. В частности, есть уверенность, что если c-кварки (очарованные кварки) заменить на b-кварки (прелестные кварки), то такая частица будет жить много дольше».

Ученые намерены заняться изучением внутренней структуры частицы. 

«При массе чуть больше массы ядра гелия мы оценили размер Tcс+ примерно равным ядру атома радия (который в 50 раз тяжелее ядра гелия), то есть наша новая частица очень «рыхлая». Далее мы должны понять внутреннюю структуру этой частицы. Например, она может быть похожа на "атом", у которого есть очень маленькое и тяжелое "ядро", состоящее из двух очарованных кварков, окруженных облаком очень большого размера из легких антикварков. Или же она может быть похожа на "молекулу", в которой две тяжелые частицы вращаются друг от друга на расстоянии примерно в 8-10 раз большего размера каждой из этих частиц. Это основные варианты, и мы надеемся в какой-то момент узнать, какой именно сценарий реализуется в природе», — комментируют в РАН.