ALICE не видит многокварковые адроны

Разнообразие адронов: обычные мезоны и барионы (слева), уже надежно открытые тетракварки (внизу справа) и возможные шестикварковые состояния — дибарионы (вверху справа). Намеки на дибарионы поступают от низкоэнергетических экспериментов, однако ALICE эти состояния не видит. Пентакварки, открытые на днях коллаборацией LHCb, на этой иллюстрации не показаны. Рисунок с сайта fz-juelich.de

Коллаборация LHCb, которая в прошлом году активно изучала тетракварки, а в нынешнем открыла пентакварк, — не единственный эксперимент на Большом адронном коллайдере, исследующий многокварковые адроны (то есть не мезоны и не барионы, а что-то большее). Недавно о поиске многокварковых состояний в данных LHC Run 1 рассказал другой коллектив — ALICE. Только он искал уже не тетра- и не пентакварки, а странные дибарионы, то есть шестикварковые состояния, в состав которых входит странный кварк.

Детектор ALICE специально оптимизирован для изучения ядерных столкновений. Он умеет очень аккуратно разделять частицы разных типов, даже если их энергии очень невелики, что и позволяет ему разбираться в мешанине родившихся частиц. Коллаборация ALICE уже докладывала о наблюдении легких антиядер — антидейтрона, антитритона, антигелия-3. Эти антиядра возникают, когда несколько антипротонов и антинейтронов, родившихся в ядерных столкновениях большой энергии, случайно вылетают в одинаковом направлении и объединяются друг с другом. Но если такое происходит с антипротонами и антинейтронами, то, возможно, так могут поступать и другие антибарионы.

В недавней статье коллаборация ALICE рассказала о поиске экзотических барионных комбинаций в ядерных столкновениях. Физики искали проявления H-дибариона (частицы с кварковым составом uuddss, то есть связанного состояния двух Лямбда-барионов), а также связанного состояния анти-Лямбда и антинейтрона, \(\overline{n\Lambda}\), гипотетической частицы с кварковым составом \(\bar{u}\bar{u}\bar{d}\bar{d}\bar{d}\bar{s}\). Теоретически такие состояния вполне возможны, они уже давно обсуждаются в литературе. Численные расчеты в рамках КХД на решетке предсказывают, что эти состояния будут связанными, а недавние эксперименты при низких энергиях подтверждают наличие некоторых дибарионных резонансов (см. краткий обзор экспериментальной ситуации в докладе Encounters with dibaryons — have they finally become true?).

Однако в анализе, выполненном ALICE, следов этих состояний обнаружено не было. Поиск велся по их характерным распадам: \(H\to \Lambda p \pi^-\) и \(\overline{n\Lambda} \to \bar d \pi^+\). Было проанализировано почти 20 миллионов ядерных столкновений. Из всей статистики были отобраны события с нужными комбинациями частиц, построены распределения по их инвариантной массе, но никакого отклонения от плавной кривой обнаружить не удалось.

В принципе, отрицательный результат еще не значит, что таких частиц не существует. Вполне может оказаться, что они есть, но просто очень плохо рождаются в ядерных столкновениях. Однако полученные ALICE ограничения сверху на темп их рождения уже лежат ниже предсказаний моделей — при том, что для обычных антиядер все вполне работает. Поэтому либо модельные расчеты не вполне адекватно справляются с таким сложным процессом, либо искомые дибарионы действительно не существуют. В случае последнего вывода непонятно, как понимать тогда результаты решеточных вычислений и низкоэнергетические экспериментальные данные. Таким образом, физика многокварковых состояний пополнилась еще одной загадкой.

См. также:
Задача Такие разные тетракварки.