Физики, работающие с детектором LHCb на БАК, обнаружили новые и крайне необычные частицы, которые состоят не из двух или трех, а сразу из пяти кварков – "кирпичиков" всех элементарных частиц, и отправили статью с предварительными результатами ее изучения в журнал Physical Review Letters.

"Пентакварк не является 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", — заявил Ги Уилкинсон (Guy Wilkinson), официальный представитель коллаборации LHCb.

По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" 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.

В принципе, существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырех и даже пяти кварков разного "аромата" или, говоря проще, "цвета".

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

Данные, собранные БАК на первом этапе работы, позволили физикам из коллаборации LHCb, занимающейся поиском экзотических частиц на одноименном детекторе, пойти дальше и "поймать" сразу несколько частиц из пяти кварков, получивших временные имена 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, а также достаточно необычным спином. По своей природе они представляют собой четыре "нормальных" кварка, склеенных с одним антикварком.

В существовании этих частиц ученые не сомневаются – статистическая достоверность открытия составляет девять сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке или сбою в работе детектора в одном случае на четыре миллиона миллиардов (10 в 18 степени) попыток.

Пока ученые 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, по типу мезонной молекулы. Для ответа на этот вопрос необходимо провести дополнительные наблюдения за распадами барионов, в ходе которых рождаются данные "пентакварки". В ближайшее время физики попытаются раскрыть эту тайну на обновленном БАК.