На ускорителях иногда рождаются частицы, которые не вписываются в привычную схему из двух или трёх кварков. Две такие частицы — Zb(10610) и Zb(10650) — уже больше десяти лет не дают физикам покоя. Они похожи на тяжёлые аналоги пионов, но с явным признаком кваркового состава из четырёх компонентов. Вопрос в том, как эти четыре кварка упакованы.
Есть два основных варианта. Первый: все четыре кварка сидят в одном плотном комке — это тетракварк. Второй: два кварка образуют один мезон, два других — второй, и эти два мезона связаны друг с другом на расстоянии, как атомы в молекуле. Для Zb(10610) и Zb(10650) возможны и смешанные варианты — частица часть времени проводит как комок, часть как пара мезонов.
Авторы новой работы предлагают способ различить эти сценарии без прямого «вскрытия» частицы. Они рассчитали, что будет, если пучок фотонов высокой энергии (61–90 ГэВ) направить на ядро углерода или вольфрама. Фотон может столкнуться с протоном или нейтроном в ядре и родить Zb-частицу. Дальше эта частица летит сквозь ядерное вещество, и здесь проявляется её внутренняя структура. Компактный тетракварк проходит сквозь ядро почти беспрепятственно, как пуля сквозь туман. А рыхлая молекула из двух мезонов имеет больший размер, поэтому чаще взаимодействует с нуклонами и поглощается — как губка, которую труднее протолкнуть через частую сетку.
Расчёты показывают: выход Zb-частиц и их распределение по импульсам заметно различаются для разных сценариев. Например, при энергии фотона 75 ГэВ и вылете частиц под малыми углами (0–5 градусов) отношение выходов на вольфраме и углероде для компактного тетракварка будет одним, а для молекулярного состояния — другим. Эти различия достаточно велики, чтобы будущие эксперименты могли их надёжно зафиксировать.
Планируемые электрон-ионные коллайдеры в США и Китае как раз обеспечат высокую светимость и точность, необходимые для таких измерений. Если данные совпадут с одним из предсказаний, мы наконец узнаем, как устроены эти загадочные частицы. А это, в свою очередь, поможет понять, как вообще кварки собираются в более сложные комбинации, чем привычные пары и тройки.
Так физика постепенно учится «просвечивать» экзотические адроны, не разрушая их. И, возможно, уже в ближайшие годы загадка Zb-частиц будет разгадана.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.01076
The possibility to study the nature of the famous charged bottomonium-like states $$Z_b(10610)$$ and $$Z_b(10650)$$, which is by far the best known, from their inclusive photoproduction off nuclei near the kinematic threshold is investigated within the collision model based on the nuclear spectral function. The model accounts for $$Z_b(10610)^{\pm}$$ and $$Z_b(10650)^{\pm}$$ production in direct photon--nucleon interactions as well as four different scenarios for their intrinsic configurations: compact tetraquarks, molecules of the two open-beauty mesons and two mixtures of both of them for each of $$Z_b$$ state. We calculate within these scenarios the absolute and relative excitation functions on $$^{12}$$C and $$^{184}$$W nuclei at photon energies of 61--90 GeV, the absolute momentum differential cross sections and ratios of them for their production off these target nuclei at laboratory polar angles of 0$$^{\circ}$$--5$$^{\circ}$$ and for photon energy of 75 GeV as well as the A-dependences of the transparency ratios for the $$Z_b(10610)^{\pm}$$ mesons at photon energy of 75 GeV. We show that the absolute and relative observables considered reveal distinct sensitivity to the $$Z_b(10610)^{\pm}$$ and $$Z_b(10650)^{\pm}$$ internal structures. Therefore, they might be useful for the determination of these structures from the comparison of them with the experimental data from the future high-precision experiments at the upcoming experimental facilities, such as the planned high-luminosity electron-ion colliders in the United States and China.
Названия Zb(10610) и Zb(10650) отражают их массы в мегаэлектронвольтах: 10610 и 10650 МэВ/с². Это примерно в 11 раз тяжелее протона.
Идея заглянуть внутрь частицы, не разбивая её, напоминает сюжеты о «мягком» сканировании объектов, как в фантастике о неинвазивном исследовании инопланетных артефактов.