«Пентакварк — это не просто новая частица», — сказал представитель LHCb Гай Уилкинсон. «Он представляет собой способ агрегировать кварки, а именно фундаментальные составляющие обычных протонов и нейтронов, по схеме, которая никогда ранее не наблюдалась за более чем пятьдесят лет экспериментальных поисков. Изучение ее свойств может позволить нам лучше понять, как обычная материя, протоны и нейтроны, из которых мы все сделаны, состоит ".Наше понимание структуры материи было революционным в 1964 году, когда американский физик Мюррей Гелл-Манн предположил, что категория частиц, известная как барионы, которая включает протоны и нейтроны, состоит из трех частично заряженных объектов, называемых кварками, и что другая категория , мезоны, образованы кварк-антикварковыми парами.
Гелл-Манн был удостоен Нобелевской премии по физике за эту работу в 1969 году. Эта кварковая модель также допускает существование других составных кварковых состояний, таких как пентакварки, состоящие из четырех кварков и антикварка.
Однако до сих пор не было обнаружено убедительных доказательств существования пентакварков.Исследователи LHCb искали состояния пентакварка, исследуя распад бариона, известного как Λb (лямбда b), на три другие частицы: J /? — (J-psi), протон и заряженный каон. Изучая спектр масс J /? а протон показал, что в их возникновении иногда участвуют промежуточные состояния. Они были названы Pc (4450) + и Pc (4380) +, первый отчетливо виден в виде пика в данных, а второй необходим для полного описания данных.
«Используя большой набор данных, предоставленный LHC, и превосходную точность нашего детектора, мы изучили все возможности для этих сигналов и пришли к выводу, что их можно объяснить только состояниями пентакварков», — говорит физик LHCb Томаш Скварницки из Сиракузского университета. .«Точнее, состояния должны состоять из двух верхних кварков, одного нижнего кварка, одного очаровательного кварка и одного анти-очаровательного кварка».Предыдущие эксперименты по поиску пентакварков оказались безрезультатными.
Чем отличается эксперимент LHCb, так это тем, что он может искать пентакварки со многих точек зрения, и все они указывают на один и тот же вывод. Это как если бы предыдущие поиски искали силуэты в темноте, тогда как LHCb проводил поиск при включенном свете и со всех сторон. Следующим шагом в анализе будет изучение того, как кварки связаны друг с другом внутри пентакварков.«Кварки могут быть тесно связаны, — сказал физик LHCb Лиминг Чжан из Университета Цинхуа, — или они могут быть слабо связаны в своего рода мезон-барионную молекулу, в которой мезон и барион испытывают остаточную сильную силу, аналогичную той, которая связывает протоны и нейтроны с образованием ядер ".
Потребуются дополнительные исследования, чтобы различить эти возможности и увидеть, чему еще могут нас научить пентакварки. Новые данные, которые LHCb соберет в прогоне 2 LHC, позволят добиться прогресса по этим вопросам.