№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

В большом адронном коллайдере обнаружили неизвестные частицы, которые противоречат законам физики

Фото: CERN

Ученые говорят, что это только начало новых открытий.

Физики рассказали, что нашли в данных Большого адронного коллайдера (БАК) свидетельства существования трех невиданных ранее комбинаций кварков. Это произошло, когда крупнейший в мире ускоритель частиц начал новый раунд высокоэнергетических экспериментов.

Три экзотических типа частиц, которые включают в себя две комбинации из четырех кварков, известных как тетракварки, плюс единица из пяти кварков, называемая пентакварком, полностью согласуются со Стандартной моделью, теорией, описывающей структуру атомов, которой уже несколько десятков лет.

Однако ученые надеются, что нынешний запуск БАК предоставит свидетельства того, что физика выходит за рамки Стандартной модели, и объяснит природу загадочных явлений, таких как темная материя. Такие свидетельства могут указывать на новые массивы субатомных частиц или даже на дополнительные измерения в нашей Вселенной.

БАК был остановлен на три года для модернизации его систем и снова запущен в апреле 2022 года. С тех пор ученые и инженеры исследовательского центра CERN на франко-швейцарской границе готовились к возобновлению научной деятельности.

«Сейчас волшебный момент. У нас только что были столкновения с беспрецедентной энергией, 13,6 тераэлектронвольт, и это открывает новую эру исследований в CERN», – Фабиола Джанотти, гендиректор CERN.

По словам Джанотти, ученые БАК рассчитывают собрать столько же данных во время этого запуска коллайдера, сколько они собирали в течение 13 лет во время предыдущих двух. Она отметила, что это «улучшит наши возможности для открытий или для понимания фундаментальных законов Вселенной».

27-километровое кольцо сверхпроводящих магнитов и его детекторы частиц уже помогли доказать существование бозона Хиггса, субатомной частицы, которая помогает объяснить явление массы. Три новых типа субатомных частиц, описанные теперь, разумеется, не дотягивают до этого фундаментального открытия, но они предполагают, что БАК находится на пути к обнаружению еще большего количества ранее невиданных строительных блоков Вселенной.

Большой адронный коллайдер сталкивает протоны со скоростями, близкими к скорости света, для изучения комбинаций кварков, известных как адроны.

«Чем больше анализов мы проводим, тем больше видов экзотических адронов мы находим. Мы наблюдаем период открытий, подобный 1950-м годам, когда ученые нашли целый зоопарк частиц адронов, что в конечном итоге привело к кварковой модели обычных адронов в 1960-х годах. Теперь мы создаем зоопарк частиц 2.0», – Нильс Тюнинг, координатор по физике детектора БАК.

Большинство адронов не так экзотичны. Протоны и нейтроны, например, состоят из трех связанных вместе кварков. Пионы представляют собой комбинации из двух кварков. Комбинации из четырех и пяти кварков встречаются гораздо реже, и считается, что они существуют всего мгновение, прежде чем распадаются на разные типы частиц.

Команда БАК проанализировала распады отрицательно заряженных B-мезонов и увидела доказательства существования пентакварка, состоящего из очарованного кварка и очарованного антикварка, а также верхнего, нижнего и странного кварков. Это первый известный пентакварк, в состав которого входит странный кварк.

Два недавно идентифицированных тетракварка включают комбинацию четырех кварков с двойным электрическим зарядом: очарованный кварк, странный антикварк, верхний кварк и нижний антикварк. Этот тетракварк был обнаружен в сочетании с его нейтральным аналогом, который имеет очарованный кварк, странный антикварк, верхний антикварк и нижний кварк. CERN сообщает, что впервые пара тетракварков наблюдалась вместе.

Некоторые теоретические модели представляют экзотические адроны как отдельные блоки тесно связанных кварков. Другие рассматривают их как пары стандартных адронов, которые слабо связаны друг с другом, подобно тому, как атомы связаны друг с другом, образуя молекулы.

«Только время и дальнейшие исследования экзотических адронов покажут, являются ли эти частицы чем-то одним или другим или всем сразу», – объясняют ученые.