С тех пор как в 2012 году был открыт бозон Хиггса, физики не объявляли о столь же громких и успешных экспериментах по поиску новых элементарных частиц. Учёные давно пытаются добиться появления чего-нибудь, что опровергло или дополнило бы существующие модели функционирования Вселенной.
К сегодняшнему этапу развития наука шла долго. В 1930-х годах схема взаимодействия элементарных частиц была вполне ясной: атомы состоят из ядра и оболочки, в ядре располагаются протоны и нейтроны, а электроны обращаются вокруг них, словно планеты вокруг звезды. Затем в экспериментах начали проявляться тайны природы: сначала космические детекторы ловили новые частицы, а затем их получали на ускорительных установках.
В последующих десятилетиях было открыто столь большое количество ранее неизвестных частиц, что им уже не успевали раздавать названия. Поэтому в 1950-х годах физики разработали новую модель, классифицировали частицы и дали им имена. Общее название для новых частиц-составляющих ядра атомов позаимствовали из романа Джеймса Джойса "Поминки по Финнегану", где прозвучала загадочная фраза "Три кварка для Мюстера Марка!". Так их и назвали — кварки.
Красивое слово в переводе с немецкого означает "творог", а англичане и ирландцы этим словом имитируют крики чаек. Классифицировали кварки тоже оригинальным образом: верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный (c), прелестный (b) и истинный (t). К тому же, у каждого кварка есть свой антикварк — частица антиматерии.
Кварки фактически лежат в основе вещества. Протоны и нейтроны — каждый состоит из трёх кварков и относятся к семейству барионов. А если объединить кварк и антикварк, то получится мезон.
До самых недавних пор модель кварков не вызывала никаких проблем и противоречий: в экспериментах встречались двух или трёхкварковые частицы, но лишь недавно физики заговорили о существовании загадочных частиц из четырёх кварков, так называемых тетракварках. Это пошатнуло идеальные представления о сложившейся модели.
В 2008 году физики, работающие над экспериментом Belle Collaboration в Японии, рассказали о существовании отрицательно заряженной частицы Z(4430): подобно мезону, она состояла из пары очарованного кварка и антикварка, но при этом имела заряд, чего в принципе быть не должно.
После тщательного анализа данных о 25 тысячах распадов мезонов в результате более чем 180 триллионов столкновений пучков в Большом адронном коллайдере в 2011 и 2012 годах, исследователи, наконец, подтвердили существование Z(4430) с очень высокой степенью уверенности — 13,9 сигма. Для открытия, напомним, требуется всего 5 сигма. Об этом физики сообщили в пресс-релизе БАКа.
Сотрудники БАКа пошли даже дальше, чем первооткрыватели-японцы: им удалось изменить спин и чётность новой частицы — два свойства квантовой природы, которые дают наиболее чёткое представление о Z(4430). Статью с результатами исследования можно найти на сайте препринтов arXiv.org, но вскоре она должна появиться и в рецензируемых журналах.
По всей вероятности, Z(4430) является тетракварком, состоящим из пары очарованного и антиочарованного кварка, а также пары верхнего и антиверхнего кварка. В подобное открытие никто бы и не поверил, если бы результаты не были предоставлены двумя совершенно независимыми командами физиков.
Теперь останется лишь понять, какие ещё существуют частицы, способные раздвинуть границы кварковой модели.
Также по теме:
Физики впервые поймали неизвестную субатомную частицу из четырёх кварков
На Большом адронном коллайдере, возможно, получен новый тип материи
Физики впервые определили слабый заряд протона
Ученые обнаружили ранее неизвестную науке частицу
Физики опровергли свидетельства двойного безнейтринного бета-распада
