У Великому адронному колайдері виявили нову елементарну частинку
- Науковці в ЦЕРН виявили нову елементарну частинку Xi-cc-plus, яка має унікальну структуру з двома чарівними кварками та одним нижнім, що робить її значно масивнішою за протон.
- Це відкриття стало можливим завдяки модернізації обладнання Великого адронного колайдера й має важливе значення для перевірки моделей квантової хромодинаміки та вивчення рідкісних явищ.
Науковці в ЦЕРН оголосили про виявлення нової частинки, яка стане важливою віхою у вивченні субатомного світу. Відкриття стало можливим завдяки масштабній модернізації обладнання Великого адронного колайдера. Новий об'єкт у сімействі адронів має унікальну структуру, яка робить його значно масивнішим за звичні складники атомного ядра, відкриваючи нові горизонти для теоретичної фізики.
Чому виявлення цієї частинки вважають справжнім проривом для науки?
Нова елементарна частинка отримала назву Xi-cc-plus. Вона стала вісімдесятою за рахунком частинкою, ідентифікованою за допомогою найпотужнішого у світі прискорювача. Хоча вона належить до того ж сімейства баріонів, що й звичні нам протони та нейтрони, її характеристики вражають. Зокрема, об'єкт приблизно в чотири рази важчий за протон, пише ScienceAlert.
Дивіться також Цей годинник помиляється лише на одну секунду кожні 30 мільярдів років
Уся матерія навколо нас складається з баріонів, які, своєю чергою, побудовані з фундаментальних блоків – кварків. У природі існує шість так званих "ароматів" кварків, які іноді ще називають "смаками": верхній, нижній, чарівний, дивний, істинний та красивий. Звичайні протони складаються з двох верхніх і одного нижнього кварка.
Натомість структура Xi-cc-plus є набагато екзотичнішою: вона містить два чарівні кварки та один нижній. Саме наявність двох важких кварків замість легких робить частинку такою масивною.
Ця подія стала першим значним результатом після завершення модернізації детектора LHCb у 2023 році. У проєкті брали участь понад 1000 вчених із 20 країн світу, причому ключову роль відіграли дослідники з Університету Манчестера. Вони спроєктували й побудували критично важливі модулі кремнієвого піксельного детектора, який працює як надшвидка камера. Це обладнання здатне робити 40 мільйонів знімків на секунду, що дозволяє з винятковою точністю фіксувати розпад частинок.
Доктор Стефано де Капуа тестує кремнієві детекторні модулі LHCb / Фото Емі О'Коннор/STFC UKRI
Речник експерименту LHCb Вінченцо Ваньоні зазначив у заяві на сайті ЦЕРН, що це лише другий випадок у світі, коли вдалося спостерігати баріон із двома важкими кварками. Попередню подібну частинку відкрили майже 10 років тому – у 2017 році. Тоді вона мала два чарівні та один верхній кварк. Проте нова знахідка виявилася набагато складнішою для спостереження, адже час її життя приблизно в шість разів коротший, ніж у попередниці.
Теорії не помилялися
Існування Xi-cc-plus передбачалося теоретично протягом багатьох років. Ба більше, понад два десятиліття в наукових колах точилися суперечки щодо попередніх непідтверджених заяв про спостереження цієї частинки. Нові дані з колайдера нарешті ставлять крапку в цьому питанні: виміряна маса становить 3619,97 мегаелектронвольта, повідомляє Phys.org. Це значення не відповідає попереднім сумнівним заявам, проте ідеально вкладається в сучасні теоретичні прогнози.
Статистична значущість відкриття становить 7 сигма, що значно перевищує золотий стандарт наукового підтвердження у 5 сигма. Це означає, що ймовірність випадкової помилки практично дорівнює нулю.
Для виявлення Xi-cc-plus вчені аналізували дані протон-протонних зіткнень, зафіксовані протягом 2024 року. В результаті було виділено чіткий сигнал, що складався з приблизно 915 подій розпаду на три легші частинки.
Що це нам дає і що буде далі?
Генеральний директор ЦЕРН Марк Томсон підкреслив, що цей успіх демонструє унікальні можливості оновленого детектора та професіоналізм команд, які забезпечують роботу величезного прискорювального комплексу. Великий адронний колайдер, розташований у тунелі довжиною 27 кілометрів на глибині близько 100 метрів під кордоном Франції та Швейцарії, продовжує розкривати таємниці Всесвіту.
Нове відкриття дозволить теоретикам краще перевірити моделі квантової хромодинаміки – теорії, що пояснює так звану сильну взаємодію. Саме ця сила утримує кварки разом, формуючи не лише звичайні протони, а й екзотичніші структури, як-от тетракварки чи пентакварки.
Дослідження триватимуть і надалі в рамках наступного етапу програми – LHCb Upgrade 2. Вчені планують використовувати можливості майбутнього прискорювача високої світності для збору ще більших обсягів даних та вивчення рідкісних явищ, які досі залишалися недосяжними для людського ока.