Экзотические адроны

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.

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.