В Большом адронном коллайдере обнаружили новую элементарную частицу

Почему обнаружение этой частицы считают настоящим прорывом для науки?

Новая элементарная частица получила название Xi-cc-plus. Она стала восьмидесятой по счету частицей, идентифицированной с помощью самого мощного в мире ускорителя. Хотя она принадлежит к тому же семейству барионов, что и привычные нам протоны и нейтроны, ее характеристики поражают. В частности, объект примерно в четыре раза тяжелее протона, пишет ScienceAlert.

Смотрите также Эти часы ошибаются лишь на одну секунду каждые 30 миллиардов лет

Вся материя вокруг нас состоит из барионов, которые, в свою очередь, построены из фундаментальных блоков – кварков. В природе существует шесть так называемых "ароматов" кварков, которые иногда еще называют "вкусами": верхний, нижний, волшебный, странный, истинный и красивый. Обычные протоны состоят из двух верхних и одного нижнего кварка.

Зато структура Xi-cc-plus намного экзотичнее: она содержит два волшебных кварка и один нижний. Именно наличие двух тяжелых кварков вместо легких делает частицу такой массивной.

Это событие стало первым значительным результатом после завершения модернизации детектора LHCb в 2023 году. В проекте участвовали более 1000 ученых из 20 стран мира, причем ключевую роль сыграли исследователи из Университета Манчестера. Они спроектировали и построили критически важные модули кремниевого пиксельного детектора, который работает как сверхбыстрая камера. Это оборудование способно делать 40 миллионов снимков в секунду, что позволяет с исключительной точностью фиксировать распад частиц.

Доктор Стефано де Капуа тестирует кремниевые детекторные модули LHCb / Фото Эми О'Коннор/STFC UKRI

Представитель эксперимента LHCb Винченцо Ваньони отметил в заявлении на сайте ЦЕРН, что это лишь второй случай в мире, когда удалось наблюдать барион с двумя тяжелыми кварками. Предыдущую подобную частицу открыли почти 10 лет назад – в 2017 году. Тогда она имела два волшебных и один верхний кварк. Однако новая находка оказалась гораздо сложнее для наблюдения, ведь время ее жизни примерно в шесть раз короче, чем у предшественницы.

Теории не ошибались

Существование Xi-cc-plus предполагалось теоретически на протяжении многих лет. Более того, более двух десятилетий в научных кругах шли споры относительно предыдущих неподтвержденных заявлений о наблюдении этой частицы. Новые данные с коллайдера наконец ставят точку в этом вопросе: измеренная масса составляет 3619,97 мегаэлектронвольт, сообщает Phys.org. Это значение не соответствует предыдущим сомнительным заявлениям, однако идеально укладывается в современные теоретические прогнозы.

Статистическая значимость открытия составляет 7 сигма, что значительно превышает золотой стандарт научного подтверждения в 5 сигма. Это означает, что вероятность случайной ошибки практически равна нулю.

Для обнаружения Xi-cc-plus ученые анализировали данные протон-протонных столкновений, зафиксированные в течение 2024 года. В результате был выделен четкий сигнал, состоящий из примерно 915 событий распада на три более легкие частицы.

Что это нам дает и что будет дальше?

Генеральный директор ЦЕРН Марк Томсон подчеркнул, что этот успех демонстрирует уникальные возможности обновленного детектора и профессионализм команд, которые обеспечивают работу огромного ускорительного комплекса. Большой адронный коллайдер, расположен в тоннеле длиной 27 километров на глубине около 100 метров под границей Франции и Швейцарии, продолжает раскрывать тайны Вселенной.

Новое открытие позволит теоретикам лучше проверить модели квантовой хромодинамики – теории, объясняющей так называемое сильное взаимодействие. Именно эта сила удерживает кварки вместе, формируя не только обычные протоны, но и экзотические структуры, например тетракварки или пентакварки.

Исследования будут продолжаться и в дальнейшем в рамках следующего этапа программы – LHCb Upgrade 2. Ученые планируют использовать возможности будущего ускорителя высокой светимости для сбора еще больших объемов данных и изучения редких явлений, которые до сих пор оставались недосягаемыми для человеческого глаза.