Atrasta nauja egzotiška materijos dalelė, tetrakvarkas

Šią savaitę CERN eksperimentas LHCb pristatė naują atradimą Europos fizikų draugijos konferencijoje, skirtoje aukštųjų energijų fizikai (EPS-HEP). Naujosios LHCb atrastos dalelės, pavadintos T_cc⁺, yra tetrakvarkas — egzotiškas hadronas, sudarytas iš dviejų dviejų kvarkų ir dviejų antikvarkų. Tai yra ilgiausiai išliekanti kada nors atrasta egzotiškos materijos dalelė, ir pirmoji, kurioje yra du sunkūs kvarkai ir du lengvi antikvarkai.

Kvarkai yra fundamentalieji materijos statybiniai blokai. Susijungę, jie formuoja hadronus, konkrečiau, barionus, tokius, kaip, pavyzdžiui, protonai ir neutronai, susidedančius iš trijų kvarkų, ir mezonus, kuriuos sudaro kvarko ir antikvarko pora. Pastaraisiais metais aptiktas ne vienas vadinamasis egzotiškas hadronas — dalelės iš keturių ar penkių kvarkų, vietoje įprastų dviejų ar trijų. Šis atradimas yra itin unikalus egzotiškas hadronas, egzotiškas egzotiškas, jei taip galima išsireikšti.

Naujoji dalelė sudaryta iš dviejų žaviųjų kvarkų ir kylančio bei krentančio antikvarko. Pastaraisiais metais buvo atrasti keli tetrakvarkai (tarp jų ir vienas iš dviejų žaviųjų kvarkų ir dviejų žaviųjų antikvarkų), bet šis yra pirmasis, kuriame yra du žavieji kvarkai, bet nėra juos atsveriančių žaviųjų antikvarkų. Fizikai vadina „atviru žavesiu“ (šiuo atveju, „dvigubu atviru žavesiu“). Dalelės, kuriose yra žavusis kvarkas ir žavusis antikvarkas, turi „paslėptą žavesį“ — visos dalelės žavesio kvantinis skaičius būna lygus nuliui, visai kaip teigiamo ir neigiamo elektros krūvio atveju. O šiuo atveju žavesio kvantinis skaičius yra du, tad dalelė yra dvigubai žavi!

T_cc⁺ dalelės turi ir kitų įdomių savybių, ne tik atvirą žavesį. Tai yra pirmoji atrasta dalelė, priklausanti tetrakvarkų iš dviejų sunkių kvarkų ir dviejų lengvų antikvarkų klasei. Tokios dalelės suyra į porą mezonų, sudarytų iš sunkiojo kvarko ir lengvojo antikvarko. Remiantis kai kuriomis teorinėmis prognozėmis, tokio tipo tetrakvarkų masė turėtų būti labai panaši į šių dviejų mezonų masių sumą ir nedidelis masių skirtumas turėtų apsunkinti skilimą. Ir iš tiesų, T_cc⁺ yra ilgiausiai gyvuojantis iki šiol atrastas egzotiškas hadronas.

Šis atradimas atveria kelią sunkesnių tokio tipo dalelių paieškoms, kuriose vienas ar du žavieji kvarkai pakeisti gelminiais kvarkais. Dalelė su dviem gelminiais kvarkais itin įdomi: skaičiavimai rodo, kad jos masė turėtų būti mažesnė, nei bet kurios B mezonų poros masės suma. Taip dalelės skilimas būtų ne menkai tikėtinas, o iš tiesų draudžiamas: dalelė negalėtų skilti per stipriąją sąveiką ir turėtų tai atlikti per silpnąją sąveiką, todėl tikėtina jos gyvavimo trukmė būtų keliomis skaičiaus dydžio eilėmis ilgesnė nei bet kurio stebėto egzotiško hadrono.

Naujasis T_cc⁺ tetrakvarkas dar bus vėlesnių studijų tyrimų objektu. Daleles, į kurias ji skyla, palyginti nesunku aptikti, o tai, kartu maža energija skilimo metu, sudaro sąlygas atlikti itin tikslius masės matavimus tyrinėti šios stulbinamo dalelės kvantinius skaičius. O tai, savo ruožtu, gali padėti griežčiau patikrinti egzistuojančius teorinius modelius ir netgi patikrinti anksčiau neprieinamus efektus.