Частица, обнаруженная в ЦЕРНе, разгадывает загадку 20-летней давности.

Физики, работающие над экспериментом LHCb, обнаружили неуловимую и быстро исчезающую частицу — более тяжёлого и привлекательного «родственника» протона, которую искали десятилетиями.

В Большом адронном коллайдере ЦЕРН появилась новая частица — более тяжелая протоноподобная частица, содержащая два очарованных кварка.

Протоны и нейтроны являются примерами класса частиц, называемых барионами, каждый из которых содержит три фундаментальные субатомные частицы, называемые кварками, которые бывают разных так называемых ароматов. В случае протона частица состоит из двух «верхних» кварков и одного «нижнего» кварка.

Реклама

Однако более тяжёлые кварки, такие как очарованные кварки, также могут объединяться, образуя барионы. Тем не менее, поскольку эти необычные комбинации кварков тяжелее и, следовательно, более нестабильны, они часто имеют очень короткое время жизни и быстро распадаются на другие частицы.

В 2017 году физики, работавшие в эксперименте LHCb в ЦЕРНе, обнаружили один из этих экзотических барионов, получивший запоминающееся название Xicc++, состоящий из двух очарованных кварков и одного верхнего кварка. Эта частица существовала всего лишь триллионную долю секунды. Теперь физики, работавшие в эксперименте LHCb, обнаружили родственную частицу Xicc++, также содержащую очарованные кварки, — частицу Xicc+, которая содержит нижний кварк вместо верхнего, что делает её более тяжёлым аналогом протона.

Предполагаемое время жизни этой частицы было в шесть раз короче, чем у частицы Xicc++, что значительно затрудняло её обнаружение. Она была обнаружена только после модернизации эксперимента LHCb для проведения более чувствительных поисков частиц. Статистическая значимость открытия превышает 7 сигма — показатель, используемый физиками для оценки уверенности в том, что результат не является случайной случайностью, что легко преодолевает порог в 5 сигма, необходимый для заявления об открытии.

«Обнаружение этой частицы само по себе — поиски Xicc+ велись очень долго — не только интересно, но и наглядно демонстрирует возможности модернизации БАК», — говорит Крис Паркс из Манчестерского университета в Великобритании. «За один год работы с данными мы смогли увидеть то, чего не могли увидеть за 10 лет работы предыдущего поколения».

Обнаружение этой частицы может рассказать нам о том, как сильное ядерное взаимодействие, описывающее связывание кварков, склеивает более тяжелые кварки, чем те, которые мы видим в протонах и нейтронах, говорит Паркс. Но это также разрешает загадку, которая мучила нас 20 лет.

В 2002 году физики, работавшие над экспериментом SELEX в Фермиевской национальной ускорительной лаборатории в Иллинойсе, полагали, что обнаружили частицу, очень похожую на Xicc+, но с гораздо меньшей массой, чем предсказывалось, с уровнем достоверности всего 4,7 сигма. «Теперь мы её нашли, но её масса похожа на массу её партнёра [Xicc++], которого мы обнаружили несколько лет назад, а не на ту, которая была предсказана SELEX», — говорит Паркс. Сила нового открытия ставит точку в вопросе о массе этой частицы.

«Это очень интересное измерение, но неясно, что мы из него узнаем», — говорит Хуан Рохо из Амстердамского свободного университета в Нидерландах. «В квантовой хромодинамике нет правила, которое препятствовало бы существованию этого адрона, но теперь, когда мы измерили его существование, мы не получили должного разъяснения».

По словам Рохо, отчасти это объясняется тем, что наши нынешние теории плохо предсказывают, как должны взаимодействовать более тяжелые кварки внутри барионов и какими должны быть их массы. «Данные сейчас опережают теорию для таких частиц, но вполне возможно, что через пять лет эти измерения смогут ответить на некоторые очень важные теоретические вопросы», — говорит Рохо, например, что означают различные комбинации кварков для масс частиц.

ЦЕРН и Монблан, темная и замерзшая материя: Швейцария и Франция.

Приготовьтесь быть пораженными ЦЕРН, европейским центром физики элементарных частиц, где исследователи работают на знаменитом Большом адронном коллайдере, расположенном недалеко от очаровательного швейцарского города Женева на берегу озера.

Узнать больше

Источник: www.newscientist.com