Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден

В прошлом году коллаборация LHCb неожиданно для всех сообщила об открытии пентакварка — адрона, состоящего из четырех кварков и одного антикварка (подробности читайте в новости Открыт адрон нового типа — пентакварк со скрытым очарованием, «Элементы», 15.07.2015). В принципе, законы сильного взаимодействия не запрещают кваркам собираться в такие комбинации, но по какой-то причине они долгое время физикам не встречались. В начале 2000-х годов вокруг этого вопроса даже разыгралась настоящая драма, когда несколько разных экспериментов сначала бодро заявляли о наблюдении легкого пентакварка, а потом столь же дружно закрыли его после набора большей статистики. Краткий исторический экскурс со ссылками можно найти в заметке В. Копелиовича «Продолжение пентакварковой драмы» и в упомянутой выше новости.

После тех событий физики довольно настороженно относятся к сообщениям о наблюдении экзотических адронов, и в особенности пентакварков. Однако приведенные LHCb свидетельства в пользу существования новой тяжелой частицы P_c(4450)⁺ с кварковым составом uudc-анти-c (пентакварка со скрытым очарованием) были настолько впечатляющими, что мало кто сомневался в его реальности. Достаточно сказать, что статистическая значимость отклонения достигала 12σ, а фаза амплитуды вырисовывала красивую петлю на диаграмме Аргана, характерную для полноценной новой частицы. На самом деле, в данных тогда было и второе пентакварковое отклонение P_c(4380)⁺ со статистической значимостью 9σ, но его интерпретация в терминах новой частицы не выглядела столь однозначной.

На днях коллаборация LHCb окончательно развеяла все сомнения в реальности этих частиц. В журнале Physical Review Letters вышли две подряд статьи коллаборации, посвященные этой теме. В одной из них дается новое, улучшенное описание того же самого процесса распада тяжелого бариона \( \Lambda_b^0 \to J/\psi K^- p \), в котором пентакварки и были обнаружены. В новом анализе коллаборация устранила последнюю лазейку, которая в принципе могла бы скомпрометировать вывод, — плохо учитываемый вклад множества резонансов в каон-протонной системе. Сейчас LHCb проанализировал данные таким способом, который уже не зависит от предположений об этой системе, — и на уровне статистической значимости около 10σ необходимость в пентакварковых резонансах остается.

Во второй статье LHCb сообщает об аналогичном анализе другого распада, \( \Lambda_b^0 \to J/\psi \pi^- p \). Замена К-мезона на пион меняет форму распределения и вклады от посторонних резонансов (на этот раз, в пион-протонной системе). Тем не менее, анализ показал, что одними только известными частицами данные не объяснить. На уровне статистической значимости как минимум 3σ требуется вводить один или оба пентакварка, либо тетракварк Z_c(4200), обнаруженный ранее в эксперименте Belle. Наилучшее описание возникает при учете всех трех экзотических частиц. Таким образом, этот процесс дополнительно подкрепляет открытие тяжелых пентакварков со скрытым очарованием.