Його шукали бльше 50 років: фізики ЦЕРНу відкрили нову елементарну частинку
Світ фундаментальної фізики святкує знакову перемогу, до якої наукова спільнота йшла понад п’ятдесят років. Дослідники зуміли зафіксувати невловимий об’єкт, який донедавна існував лише на папері у вигляді складних математичних розрахунків, підтвердивши точність наших уявлень про будову матерії.
Останній представник "зачарованої" родини
Фізики з колаборації LHCb, що працюють на Великому адронному колайдері, виявили рідкісну частинку під назвою баріон Ωcc+. Цей об’єкт містить у своєму складі два "зачаровані" кварки та один "дивний" кварк. Відкриття фактично завершує формування родини двічі зачарованих баріонів, існування яких теоретики передбачили ще понад пів століття тому. Про це повідомляє видання Sci.News.
Дивіться також За допомогою Великого адронного колайдера виявили три нові екзотичні частинки
Щоб зрозуміти важливість цієї події, варто заглибитися в основи будови нашого світу. Усе, що ми бачимо навколо, складається з дрібних елементів, які мають власну сувору ієрархію.
Кварки – це основні будівельні блоки матерії,
– прокоментувала доктор Пола Коллінз, заступниця речника колаборації LHCb.
Вона пояснила, що сучасній науці відомо шість типів кварків: верхній, нижній, зачарований, дивний, істинний та красивий. Вони мають здатність об’єднуватися у пари (мезони) або трійки (баріони). Шістдесят років тому, коли вчені тільки починали розуміти цю внутрішню структуру, вони почали розробляти теоретичні моделі для класифікації таких комбінацій.
Історичний шлях до відкриття
Прогнозування нових частинок стало можливим завдяки успіхам минулого століття. У 1964 році дослідники в Брукгейвенській національній лабораторії виявили об’єкт, що складався з трьох "дивних" кварків. Його існування теоретики передбачили заздалегідь, і експериментальне підтвердження стало тріумфом тогочасних фізичних моделей. Наступний поштовх стався у 1974 році, коли науковий світ сколихнуло відкриття четвертого кварка – зачарованого.
Це змусило теоретиків розширити свої розрахунки, щоб включити нові можливі комбінації. Серед них були й двічі зачаровані баріони – частинки, де два з трьох кварків є зачарованими, а третім виступає або верхній, або нижній, або дивний кварк. Попри точні прогнози, технології того часу не дозволяли ні створити такі частинки, ні зафіксувати їх через брак чутливості обладнання.
Ситуація змінилася лише у 21-му столітті. Першого представника цієї родини фізики LHCb знайшли у 2017 році, а другого виявили на початку 2026 року. Ωcc+ став третім і останнім елементом, якого бракувало для повної картини.
Як спіймали невловиме
Для виявлення Ωcc+ команда науковців проаналізувала масив даних, зібраних у 2024 році під час зіткнень протонів на надвисоких енергіях у Великому адронному колайдері. Ці зіткнення породжують нові частинки, але проблема полягає в тому, що двічі зачаровані баріони існують дуже недовго. Вони встигають пролетіти лише незначну частину міліметра в детекторі, після чого розпадаються на більш стабільні елементи.
Фахівці LHCb використали метод відстеження траєкторій розпаду, повертаючись до точок їхнього виникнення. Це дозволило ідентифікувати характерний "підпис" нової частинки, маса якої приблизно у чотири рази перевищує масу протона. Важливо, що ці баріони розпадаються під дією слабкої взаємодії та існують достатньо довго, щоб прилади встигли виміряти дистанцію їхнього польоту.
Дивіться також Алхіміки були б раді: вчені з'ясували, як перетворити свинець на золото, і навіть вже це зробили
Унікальні й дуже важливі
Пола Коллінз підкреслила, що серед 85 складних частинок, які фізики відкрили на Великому адронному колайдері до цього моменту, ці три двічі зачаровані баріони є унікальними. Велику роль у цьому успіху відіграв модернізований детектор LHCb, який отримав значно потужніші можливості для ідентифікації частинок.
Науковий інтерес до цієї родини пояснюється великою різницею в масах між кварками, що входять до їхнього складу. Це дає дослідникам унікальний інструмент для вивчення сильної взаємодії – фундаментальної сили, яка буквально "склеює" кварки докупи, утворюючи матерію, з якої складається всесвіт.
Таким чином, відкриття Ωcc+ не просто закриває старий теоретичний прогноз, а відкриває нові двері для розуміння того, як працюють найменші цеглинки нашої реальності.