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.
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.