Наука и образование

Новые обозначения для экзотических адронов

В последние годы было открыто множество экзотических адронов - тетракварков и пентакварков. При этом, сложившейся номенклатуры обозначений этих частиц пока нет. В июле 2022 года коллаборация LHCb выступила с инициативой, призванной устранить этот пробел.

Для краткого обозначения адронных состояний сейчас используется схема Particle Data Group – международного комитета, собирающего и систематизирующего информацию о свойствах элементарных частиц. Правила обозначения для мезонов (кварк-антикварковых состояний) и барионов (адронов, образованных тремя кварками) приведены в документе, доступном на сайте этой организации.

Однако за последние 20 лет стало очевидно, что мир адронов не ограничивается кварк-антикварковыми и трёхкварковыми состояниями. Тетракварковые и пентакварковые состояния называют экзотическими адронами. На сегодняшний день экспериментально обнаружено уже больше трех десятков таких состояний. Экзотическая природа некоторых практически не вызывает сомнений. Как же обозначать такие адроны?

В первое время экспериментаторы обозначали их латинскими буквами X, Y и Z. Из-за этого экзотические адроны иногда называли XYZ-частицами. Предполагалось, что буквой X будут обозначаться состояния с нулевым изоспином, а буковой Z - состояния с единичным изоспином. Однако, вскоре букву Z стали использовать и для состояний с I = ½. Буквой Y обозначались состояния со спином 1. Таким образом, стихийно сложившаяся система оказалась внутренне противоречивой. Particle Data Group пыталась навести какое-то подобие порядка, однако, эти меры всё же выглядели не полными. И вот, в июле 2022 года международный эксперимент LHCb выступил с предложением о том, как согласованно обозначать экзотические состояния.

Предложенная схема является расширением системы обозначений Particle Data Group. Обозначения адронных состояний, которые нельзя однозначно интерпретировать как тетракварки или пентакварки, остаются прежними.

Основные принципы обозначения явно экзотических состояний таковы:

• Тетракварки предлагается обозначать буквой T, а пентакварки - P;
• К этим символам должны добавляться верхние и нижние индексы, масса (в скобках, в единицах МэВ/с²), а также электрический заряд (верхний индекс после массы);
• Верхним индексом обозначается изотопический спин состояния, а также четность и G-четность, причем обозначения соответствуют мезонным и барионным состояниям (см. таблицу 1).
• Нижний индекс описывает кварковый состав экзотического адрона. Символы Υ, ψ и ϕ добавляются для состояний со скрытой прелестью, очарованием и странностью, соответственно. Символы b, c и s добавляются для состояний с открытой прелестью, очарованием и странностью. Для тетракварков в нижний индекс добавляется также значение спина адрона.

Примеры новых обозначений уже известных состояний приведены в таблице 2. Более детально схема наименования адронов описана в документе LHCb.

Предложенная схема допускает естественное расширение и для более экзотических состояний так гексакварки, гептаткварки и другие.   Новая схема уже использована для презентации самых свежих результатов коллаборации LHCb – в частности 6 июля на семинаре ЦЕРН было объявлено об обнаружении новых экзотических состояний: новые тетракварки получили имена T_cs^a(2900)^++,0 согласно новой схеме, а пентакварки – P_ψs^Λ(4338). Подробнее про эти открытия мы напишем в ближайшее время.

Приживется ли предложенная схема, покажет время. Она обсуждалась с представителями PDG, ведущих экспериментов в этой области - Belle, Belle II, BESIII и PANDA, и была встречена благосклонно.