Детектор CMS в БАК (фото nationalgeographic.com)

Новая частица – это еще один «кирпич в стене», который помогает лучше понять, из чего состоит материя, говорят специалисты

В ходе эксперимента по дроблению атомов в Большом адронном коллайдере (БАК) была обнаружена новая субатомная частица — «красивая».

Субатомная частица, о существовании которой ученые не подозревали, была обнаружена в самом большом существующем на данный момент в мире ускорителе ядерных частиц. Это обнаружение на шаг приближает физиков к раскрытию тайны того, как соединяется материя во Вселенной.

После столкновения частиц приблизительно 530 триллионов раз, ученые, работающие над экспериментом в ЦЕРНе в Швейцарии, увидели очевидные доказательства существования нового типа «красивого бариона».

Барионы - частицы, состоящие из трех кварков (стандартные блоки протонов и нейтронов, которые населяют ядра атомов). Красивые барионы – это барионы, которые содержат как минимум один красивый кварк (также известный как нижний кварк). Известная как Xi(b)* (произносится «ксай би-звездочка»), новая частица – это барион, разновидность материи, состоящей из трех кварков.

Существование новооткрытой частицы долгое время предсказывалась теоретически, но ученые никогда ее не видели. И хотя обнаружение Xi(b)* не было неожиданностью, его значение велико, это должно помочь ученым раскрыть самую большую тайну – как формируется материя.

«Это еще один кирпичик в стене», - говорит Джеймс Александер, физик в Корнелльском университете, который руководит проведением экспериментов в БАК.

Круговой ускоритель в лаборатории Ферми (фото iop.org)

Наведение порядка

В отличие от протонов и нейтронов, красивые барионы чрезвычайно недолговечные. Xi(b)* существует несколько фракций секунды, затем распадается еще на 21 эфемерную частицу.

Также для создания частицы требуются чрезвычайно мощная энергия, поэтому Xi(b)* не существует нигде больше на Земле, кроме как в сердцах ускорителей частиц, таких как БАК.

Новый «красивый барион» – это более высокоэнергетическая версия той частицы, которая была обнаружена прошлым летом учеными, использующими ускоритель частиц Теватрон в национальной лаборатории им. Энрико Ферми в Иллинойсе.

Ученые в БАК не обнаруживали непосредственно новую частицу. Они видели доказательства ее распада в беспорядочном последствии столкновения типа протон-протон, зарегистрированного датчиком Compact Muon Solenoid (CMS).

«Обнаружить эту частицу было действительно очень сложно, - говорит физик CMS Винченцо Кокия, coоткрыватель новой частицы. - Наблюдение этого сложного распада в условиях такой беспорядочности и нахождение при этом новой частицы – это большое достижение. Теперь мы уверены, что сможем найти другие новые частицы в будущем».

Ученые CMS говорят, что существование новой частицы было предсказано; исследователи на 99,99% уверены, что результат не случайный.

Типичное событие для БАК: два высокоэнергетических фотона, энергия которых (красные клетки) измерена с помощью электромагнитного калориметра CMS.

Желтые линии – это зарегистрированные следы других частиц, произведенных в столкновении. Бледно-синий «купол» - это кристаллический баррель калориметра CMS (Изображение: CERN/COMS)

Охота на Хиггса

Открытие Xi(b)* - это подтверждение того, что физики абсолютно правы в своем понимании того, как связаны кварки, рассказывает ученый из лаборатории Ферми Патрик Лукенс.

Частица была предсказана невероятно успешной теорией в физике, известной как квантовая хромодинамика, которая моделирует, как кварки объединяются и скрепляются, создавая более тяжелые частицы.

Однако Лукенс отметил, что обнаружение Xi(b)* не связано с охотой на бозон Хиггса - частицу, которая объяснила бы, почему масса существует во Вселенной, что также предсказано квантовой хромодинамикой.

Александер добавил, что частица Хиггса «является стержневой точкой в центре всей теории квантовой хромодинамики. Все опирается на понимание того, есть там бозон Хиггса или нет».

Источник