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.

Рис. 1. Кварки, лептоны и взаимодействия,
описанные Стандартной моделью.

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.