Вчені відкрили новий тетракварк

Нове дослідження розкриває існування тетракварка, що складається з кварків краси та чарівності, що розширює наші знання про фізику субатомних частинок і сильну взаємодію сил.

Досліджуючи складну область субатомних частинок, дослідники з Інституту математичних наук (IMSc) та Інституту фундаментальних досліджень Тата (TIFR) нещодавно опублікували нове відкриття в журналі Physical Review Letters. Їхнє дослідження висвітлює новий горизонт у квантовій хромодинаміці (КХД), проливаючи світло на екзотичні субатомні частинки та розсуваючи межі нашого розуміння сильної сили.

Загадкова сильна сила і світ адронів

В основі цього дослідження лежить загадкова потужна фундаментальна сила, яка породжує майже всю масу всієї видимої матерії у Всесвіті. Кілька фундаментальних частинок, відомих як кварки, вступаючи в інтригуючі взаємодії шляхом обміну глюонами, створюють усі складні субатомні частинки, які зрештою утворюють всю видиму матерію нашого Всесвіту.

Центральним для цього розуміння є теорія квантової хромодинаміки (КХД), яка керує динамікою сильних взаємодій. КХД дозволяє утворювати нейтральні за кольором комбінації кварків у субатомні частинки, які загалом називаються адронами.

Традиційно адрони поділяють на дві основні категорії: мезони, такі як піони, що складаються з одного кварка й одного антикварка, і баріони, як протони, що складаються з трьох кварків. Однак за межами цих категорій лежать екзотичні адрони, включаючи ті, що містять чотири, п’ять або шість кварків, і навіть частинки з глюонами, такі як глюболи.

Однак до недавнього часу існування цих екзотичних адронів залишалося в основному незвіданою територією для фізиків елементарних частинок. За останні півтора десятиліття серія експериментальних відкриттів висвітлила цю раніше незрозумілу область, відкривши багатий спектр екзотичних адронів, які суперечать загальноприйнятим уявленням про сильну силу та кидають виклик нашому розумінню субатомних частинок.

Відкриття тетракварків: новий рубіж у фізиці елементарних частинок

Серед цих екзотичних адронів є тетракварки, які складаються з чотирьох кварків (точніше, двох кварків і двох антикварків). Вони можуть існувати у дуже компактних формах або як слабко пов’язані молекули двох мезонів чи щось інше: їх точні структури залишаються загадкою. Вони також спостерігаються за найпоширенішими екзотами, і очікується, що в майбутньому буде виявлено ще багато інших. Теоретичні дослідження можуть допомогти виявити їх, передбачивши їхній вміст кварків і можливі діапазони енергії.

У цій недавній роботі професор Нілмані Матур і докторант, доктор Арчана Радхакрішнан з Департаменту теоретичної фізики TIFR, і доктор М. Падманатх з IMSc передбачили існування нового тетракварка. Ця нова субатомна частинка складається з кварків краси та чарівності, а також двох легких антикварків і належить до сімейства тетракварків, які називаються T _bc : тетракварки прекрасно-чарівні.

Для виконання цього розрахунку вони використали обчислювальну систему Індійської ініціативи теорії калібрувальної гратки (ILGTI). Утворення цього конкретного тетракварка було досліджено за допомогою взаємодії між нижньою частиною та шарм-мезонами. Використовуючи варіаційні методи для різних відстаней ґрат і мас валентних легких кварків, це дослідження дослідило власні значення енергії взаємодіючих мезонних систем у межах кінцевих об’ємів і дійшло висновку про існування цього тетракварка. Подібно до передбаченої частинки, можуть існувати інші тетракварки з таким же вмістом кварків, але з іншим спіном і парністю.

Це передбачення приходить у випадковий момент, що збігається з нещодавнім відкриттям тетракварка (T_cc), що містить два шарм-кварки та два легкі антикварки. Отже, існує явна ймовірність того, що нещодавно передбачену частинку або пов’язаний з нею варіант цілком можна виявити за допомогою подібних експериментальних методологій, враховуючи, що діапазон енергії та яскравість, необхідні для їх виробництва та виявлення, стають дедалі доступнішими.

Крім того, енергія зв’язку передбачуваної частинки перевищує енергію зв’язку будь-яких відкритих тетракварків, і зв’язування слабшає зі збільшенням маси легкого кварка, натякаючи на складну динаміку сильних взаємодій у різних режимах маси кварка, а також пояснюючи інтригуючі особливості сильної сили при утворенні адронів, особливо з важкими кварками.

Це також приносить додаткову мотивацію для пошуку більш важких екзотичних субатомних частинок в експериментах наступного покоління, які можуть бути використані для розшифровки сильної сили та розкриття її повного потенціалу.