Физики в ЦЕРН сообщили об обнаружении новой экзотической частицы

Коллаборация учёных эксперимента LHCb (от англ. Large Hadron Collider beauty experiment – самый маленький из четырёх основных детекторов на Большом адронном коллайдере, БАК) сообщила об открытии новой экзотической частицы под названием “тетракварк“. Работу, авторами которой выступило более 800 человек, ещё пока не проверили независимые рецензенты, однако её уже представили на семинаре. Данные укладываются в статистические рамки, которые необходимо соблюсти для того, чтобы заявлять об открытии новой частицы.

Это открытие знаменует значительный прорыв в поисках, шедших почти 20 лет во множестве физических лабораторий всего мира.

Чтобы понять, что такое тетракварк и чем важно это открытие, нам нужно вернуться в 1964 год, когда в физике частиц разворачивалась революция. Тогда только началась битломания, война во Вьетнаме была в самом разгаре, а парочка молодых радиоастрономов из Нью-Джерси обнаружила убедительные доказательства теории Большого взрыва.

На другом побережье США, в Калифорнийском технологическом институте, а также с другой стороны Атлантического океана, в институте ЦЕРН в Швейцарии, двое специалистов по физике частиц опубликовали две независимых работы по одной и той же теме. Работы касались осмысления огромного количества новых частиц, открытых за последние два десятилетия.

Многие физики с трудом представляли себе, как такое большое количество элементарных частиц может существовать во Вселенной, из-за чего это сборище даже окрестили “зоопарком частиц”. Джордж Цвейг, русско-американский физик, работавший в Калтехе, и Марри Гелл-Ман, физик-теоретик из ЦЕРН, наткнулись на одно и то же решение этой проблемы. Что, если все эти разные частицы на самом деле состоят из более мелких, пока неизвестных науке строительных блоков – точно так же, как сотня с небольшим элементов периодической таблицы Менделеева состоят из протонов, нейтронов и электронов? Цвейг назвал эти блоки “тузами“, считая, что их всего четыре штуки, а Гелл-Ман окрестил их “кварками” – этот термин мы используем и сегодня.

Сегодня нам известно о существовании шести разных видов кварков – нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. У них также есть соответствующие компаньоны из антиматерии с противоположным зарядом, способные соединяться вместе по простым правилам, основанным на симметрии. Частица, состоящая из кварка и антикварка, называется мезон. Три кварка совместно формируют барионы. Примерами барионов служат знакомые нам протоны и нейтроны, формирующие атомные ядра.

Такая классификация превосходно объясняла зоопарк частиц из 1960-х. Однако даже уже в оригинальной работе Гелл-Ман понял, что могут существовать и другие комбинации кварков. К примеру, два кварка и два антикварка могут объединиться вместе, сформировав тетракварк, а четыре кварка и антикварк – пентакварк.

Экзотические частицы

Перенесёмся в 2003 год, когда в эксперименте Belle, проведённом в японской лаборатории КЕК, учёные увидели новый мезон, X(3872), демонстрировавший “экзотические” свойства, сильно отличающие его от обычного мезона.

В последующие годы было обнаружено несколько других экзотических частиц, и физики начали понимать, что большую часть из них удастся успешно объяснить, только если считать их тетракварками, то есть, составленными из четырёх кварков, а не из двух. Затем в 2015 году в эксперименте LHCb в ЦЕРН обнаружили первый пентакварк – частицу, состоящую из пяти кварков.

Пока во всех обнаруженных тетракварках и пентакварках находится два относительно тяжёлых очарованных кварка, и два-три более лёгких кварка – верхний, нижний или странный. Такую конфигурацию легче всего найти в экспериментах.

Но новейший тетракварк, обнаруженный в эксперименте LHCb, и названный X(6900), состоит из четырёх очарованных кварков. Новый тетракварк, полученный благодаря столкновению высокоэнергетических протонов в БАК, удалось наблюдать благодаря его распаду на пары хорошо известных частиц, J/ψ-мезонов, каждый из которых состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка. Новая частица интересна тем, что она не просто состоит из четырёх тяжёлых кварков, но и из четырёх кварков одного типа. Это делает её уникальным образчиком, исследование которого поможет нам понять механизм объединения кварков.

Яндекс.Еда: скидка 25% при первом заказе на сумму от 700 рублей, промокод AGHGYY

Оплатите подписку, и реклама отключится


Детектор LHCb

Пока существуют две различные модели, способные объяснить механизм объединения кварков. Возможно, они связаны вместе, и формируют т.н. компактный тетракварк. А возможно, кварки формируют по два мезона, которые соединяются вместе в некое подобие “молекулы”.

Обычные молекулы состоят из атомов, соединённых электромагнитными силами, притягивающими положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Кварки в мезонах или барионах связываются другой силой – т.н. сильным взаимодействием. Потрясающе, как атомы и кварки, работая по совершенно разным правилам, могут формировать очень похожие сложные объекты.

Новая частица по всем параметрам больше похожа на компактный тетракварк, а не на двухмезонную молекулу, которая наилучшим образом объясняла предыдущие открытия. Благодаря этому она так необычна, и позволит физикам подробно изучить новый механизм объединения частиц. Также из неё следует возможность существования других компактных тетракварков.

Окно в микрокосмос

Сильное взаимодействие, связывающее кварки, подчиняется очень сложным правилам – настолько сложным, что для их расчёта требуется использовать суперкомпьютеры и приблизительные подсчёты.

Уникальная природа X(6900) поможет понять, как улучшить точность этих приближений, чтобы в будущем мы смогли описывать другие, более сложные механизмы физики, недоступные нам сегодня.

С момента открытия X(3872) изучение экзотических частиц процветает, и сотни физиков, теоретиков и экспериментаторов, совместно работают над тем, чтобы пролить свет на это новую, интереснейшую область знаний. Открытие нового тетракварка – это большой шаг вперёд, и оно говорит нам о том, что в мире существует ещё множество новых экзотических частиц, ждущих того, чтобы их обнаружили.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 463 total views,  11 views today