Великий адронний колайдер, розташований поблизу Женеви, Швейцарія, відомий не тільки своїми дослідженнями елементарних частинок, таких як бозон Хіггса, виявлений у 2012 році, але й численними відкриттями складених частинок, званих адронами, які складаються з кварків.
Останній такий адрон, екзотичний чотирискладовий кварк, був представлений 29 липня на віртуальній зустрічі Європейського фізичного товариства. Ця знахідка доводить загальну кількість виявлених адронів до 62, як свідчить каталог вченого Патріка Коппенбурга, що спеціалізується на фізиці елементарних частинок. Кожне з цих відкриттів є світовим досягненням у дослідженнях.
Стандартна модель фізики елементарних частинок описує основні складові матерії та сили, що діють між ними, включаючи шість типів кварків та їх антиматеріальні аналоги. Ця модель також пояснює, як кварки об’єднуються, утворюючи складніші частинки, такі як протони та нейтрони, за допомогою сильної ядерної взаємодії.
Протони є одними з небагатьох стабільних адронів, тоді як інші, як-от нейтрони, стабільні лише у складі атомних ядер. Більшість адронів утворюються короткочасно внаслідок зіткнень інших частинок і швидко розпадаються, що робить їх дослідження складним завданням.
Нові типи адронів, включаючи виявлений чотирискладовий кварк, генеруються шляхом високоенергетичних зіткнень протонів у Великому адронному колайдері. Це дозволяє вченим досліджувати властивості цих частинок та перевіряти теоретичні моделі.
Великий адронний колайдер, зокрема один з його детекторів, LHCb, зіграв ключову роль у виявленні цього унікального чотирискладового кварка, названого Tcc+. Ця знахідка відрізняється від попередніх, оскільки попередні екзотичні адрони були радше комбінаціями звичайних подвійних кварків, тоді як Tcc+ може бути справжньою, міцно зв’язаною четверкою кварків, що робить його «новим видом», який вперше передбачили теоретики.
Теоретично, чотирискладові кварки могли існувати лише в перші миті існування Всесвіту. Однак їх штучне створення дозволяє фізикам ретельно перевіряти теорії, що стосуються сильної ядерної взаємодії, яка утримує кварки разом.
Точність, з якою були визначені властивості нової частинки, вразила дослідників. Наприклад, її маса була визначена з похибкою, яка майже в 3000 разів менша, ніж при відкритті бозона Хіггса, що свідчить про значний прогрес у методах вимірювання. Це дозволяє припустити, що подібні частинки могли бути виявлені раніше, але через велику кількість інших об’єктів дослідження їх було ідентифіковано лише зараз.
Пошук нових адронів триватиме, оскільки існує величезна кількість можливих комбінацій кварків. Теоретичні розрахунки передбачають існування десятків парних адронів та сотень потрійних кварків, багато з яких ще не виявлені, але їх існування вважається майже напевно доведеним, хоча вони й складні для утворення та спостереження.
Крім того, для кожної комбінації кварків можливі різні «збуджені стани», що відрізняються, наприклад, швидкістю обертання, кожен з яких класифікується як окрема частинка. Більшість із цих станів вже знайдено експериментально, і багато з них входять до каталогу відомих частинок, підтверджуючи, що багато інших станів можуть залишатися невиявленими.
Існує також питання щодо чіткого визначення того, що саме є окремою частинкою, оскільки накопичуються дані про складні взаємодії кварків, що може вимагати перегляду поточних класифікацій. Ця дискусія свідчить про необхідність розробки більш точних критеріїв для ідентифікації та класифікації субатомних частинок.
