Учёные, работающие на Большом адронном коллайдере, обнаружили новые, крайне необычные частицы, которые состоят не из двух или трёх, а сразу из пяти кварков – "кирпичиков" всех элементарных частиц.

Ги Уилкинсон (Guy Wilkinson), официальный представитель коллаборации LHCb коллайдера:

Пентакварк является не просто новой частицей. Он является примером принципиально иного способа "упаковки" кварков, составляющих основу слагающих атомы протонов и нейтронов, который мы никогда раньше не замечали за 50 лет экспериментов. Изучение его свойств может помочь нам понять, как возникает и существует "обычная" материя.

 

 

 

По современным представлениям физиков, все элементарные частицы сложены из составляющих, которые учёные называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжёлые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.
Существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырёх и даже пяти кварков разного "аромата" или "цвета".

Найти или создать подобные частицы долго не удавалось, и лишь два года назад японские физики, работавшие с коллайдером KEKB, обнаружили намёки на существование "тетракварка", состоящего из двух кварков и двух антикварков. Однако, как отмечал один из авторов этого открытия, Павел Пахлов из Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ, Россия), эта частица могла быть на самом деле "псевдомолекулой" из двух мезонов.

Кварки в "пентакварке" также могут формировать мезонно-барионную молекулу. Слева показан мезон (один кварк и один антикварк), справа — барион (три кварка), которые слабо связаны друг с другом 

Данные, собранные БАК на первом этапе работы, позволили физикам из коллаборации LHCb, занимающейся поиском экзотических частиц на одноимённом детекторе, пойти дальше и "поймать" сразу несколько частиц из пяти кварков, получивших временные названия Pc(4450)+ и Pc(4380)+.

Они обладают очень большой массой – около 4,4-4,5 тысячи мегаэлектронвольт, что примерно в четыре-пять раз больше, чем аналогичный показатель для протонов и нейтронов. Кроме того, кварки демонстрируют необычное соотношение спинов. По своей природе обнаруженные частицы представляют собой четыре "нормальных" кварка, склеенных с одним антикварком.
В существовании этих частиц учёные не сомневаются – статистическая достоверность открытия составляет девять сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке или сбоя в работе детектора на четыре миллиона миллиардов попыток.

Пока исследователи не знают, как "упакованы" кварки в этих частицах. Они могут быть как тесно связаны друг с другом, как в протонах и нейтронах, так и удалены друг от друга. Для ответа на этот вопрос необходимо провести дополнительные наблюдения за распадами барионов, в ходе которых рождаются данные "пентакварки". В ближайшее время физики попытаются изучить это явление в подробностях на обновлённом БАК.
Статья с предварительными результатами исследования была опубликована на сайте препринтов  и в дальнейшем появится в журнале Physical Review Letters.