В Большом адронном коллайдере обнаружили новую элементарную частицу
- Ученые в ЦЕРН обнаружили новую элементарную частицу Xi-cc-plus, которая имеет уникальную структуру с двумя волшебными кварками и одним нижним, что делает ее значительно массивнее протон.
- Это открытие стало возможным благодаря модернизации оборудования Большого адронного коллайдера и имеет важное значение для проверки моделей квантовой хромодинамики и изучения редких явлений.
Ученые в ЦЕРН объявили об обнаружении новой частицы, которая станет важной вехой в изучении субатомного мира. Открытие стало возможным благодаря модернизации оборудования Большого адронного коллайдера. Новый объект в семействе адронов имеет уникальную структуру, которая делает его значительно массивнее привычных составляющих атомного ядра, открывая новые горизонты для теоретической физики.
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.