Физики обнаружили двух новых "нестандартных" родственников протонов и нейтронов

10 января 2012 года

Международная группа ученых, работающих в эксперименте Belle на электрон-позитронном коллайдере B-factory в японском центре ядерных исследований KEK, получили два новых, ранее не предсказанных типа экзотических адронов - "нестандартных" собратьев протонов и нейтронов, состоящих не из трех, а четырех кварков, сообщает коллаборация Belle.

Адронами физики называют частицы, состоящие из истинных элементарных частиц - кварков. Самые известные из них - протон и нейтрон. Они состоят из трех кварков и относятся к классу барионов. Именно из барионов состоит большая часть наблюдаемой Вселенной. Второй тип адронов - мезоны - состоят из двух кварков.

Однако в 2000-х годах ученые с помощью ускорителя B-factory получили данные о возможности существования экзотических адронов - тетракварков. Были обнаружены более десяти таких адронов. По своим свойствам они напоминали "очарованный" мезон, состоящий из пары очарованный кварк и антикварк, однако отличались большей массой (в 4-4,5 раза тяжелее протона), что позволило предположить, что помимо этой пары кварков в состав частицы входила и вторая пара.

Новые экзотические адроны, найденные физиками, значительно превосходят по массе прежние, поскольку они образованы "на базе" другого типа более тяжелого типа кварков - "прелестных" или b-кварков - самых тяжелых после топ-кварков.

В состав двух новых частиц, получивших обозначение Zb, входят b-кварки и b-антикварки. Эта пара кварков образует b-мезоны. Однако экзотические адроны гораздо тяжелее - они имеют массу 10,61 гигаэлектронвольта на скорость света в квадрате (ГэВ/с2) и 10,65 ГэВ/с2, что примерно в 11 раз больше массы протона. Они имеют электрический заряд и, поскольку b-мезоны электрически нейтральны, должны обладать еще парой кварков, например, один u-кварк и один анти-d-кварк.

Рождение этих частиц было обнаружено при столкновении электронов и позитронов на коллайдере, в результате которых рождались пары Zb и пи-мезон. Затем Zb распадался на пи-мезон и мезон, состоящий из b и анти-b-кварка, который, в свою очередь, распадался на два мюона - "одноклассника" электрона. Именно конечное звено цепочки - мюоны - и зафиксировали детекторы установки.

Эксперимент Belle, в котором участвуют физики из многих стран мира, в том числе из российского Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) стартовал в 1999 году. Его главной задачей были поиски причин нарушения симметрии между материей и антиматерии.