Существуют ли многокварковые состояния? Как взаимодействуют кварки в протоне? Какие теоретические модели существуют для объяснения экзотических состояний? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Роман Мизюк.

Протон и нейтрон были обнаружены в начале XX века в опытах Резерфорда и Чедвика. В течение где-то полувека физики считали, что эти частицы являются элементарными и точечными. В 1965 году Гелл-Ман и Цвейг высказали предположение, что протон и нейтрон состоят из кварков. Каждая из этих частиц состоит из трех кварков, но экспериментально было обнаружено, что кварк из протона вытащить невозможно.

Рекомендуем по этой теме:
FAQ
Как открыли новую экзотическую частицу?
Система может существовать как частица, только если она нейтральна по цветовому заряду. До недавнего времени были известны только две конфигурации, нейтральные по цветовому заряду: барионы, состоящие из двух кварков (примером являются протон и нейтрон), а также мезоны, состоящие из кварка и антикварка (примерами являются каон и пион). Теория предсказывает, что могут существовать и другие структуры, нейтральные по цветовому заряду. Например, многокварковые состояния из четырех или из пяти кварков. Оказывается, что глюоны, переносчики взаимодействия, сами по себе несут цветовой заряд, в отличие от фотонов, и тоже могут образовывать связанные состояния, которые называются глюболами. Есть состояния, которые содержат как кварки, так и глюболы. Все эти конфигурации были предсказаны теоретически, их называют экзотическими. До недавнего времени экспериментально были обнаружены только барионы и мезоны.

На сегодняшний день известно экзотическое состояние, содержащее тяжелый кварк, тяжелый антикварк, а также пару легких кварков — это b, анти-b, u, анти-d. Обнаружено оно было в эксперименте Belle в Японии, анализ был выполнен физиками Института теоретической и экспериментальной физики в Москве, а также Института ядерной физики в Новосибирске. Это тетракварк — четырехкварковое состояние, которое раньше никак не наблюдалось.