Великий адронний колайдер: відкрита нова частинка

Фізики в CERN вперше виявили частинку з незвичайним поєднанням кварків: вона складається з двох важких чарівних кварків (charm) і легкого верхнього кварка (up), і двічі позитивно заряджена.
Існування таких баріонів з двома важкими та одним легким кварками теоретично передбачали вже давно, але тільки тепер їх існування вдалося довести за допомогою детектора LHCb (Large Hadron Collider beauty) – прискорювача частинок, розробленого в рамках Великого адронного коллайдера (БАК). Незвичайна комбінація кварків дає цінні свідчення для експертів в області фізики елементарних частин.
Більшість із складових матерії складають баріони – частинки з трьох кварків. В протонах і нейтронах, наприклад, комбінуються два найлегші кварки – верхній і нижній. Але є й чотири інші, важкі види. На підставі цього можна припустити, що і вони присутні в барионах. Хоча досі в прискорювачі частинок фізики не виробляли жодного екзотичних частинок з чотирма, п’ятьма або шістьма кварками, ні баріонів з важкими кварками, що на подив рідкісні (деякі з досі відомих варіантів містять максимум один важкий кварк).
І нещодавно на CERN фізики вперше виявили баріон з двома важкими кварками. Він містить одночасно два нижніх кварки і один верхній. «Існування таких баріонів з подвійними кварками вважали можливим з 70-х роках ХХ століття», – пояснюють учені. Проте всі попередні спроби зловити ці частинки закінчувалися невдачею. Аж по сей день.
«Це вперше, коли однозначно виявили таку частинку», – йдеться в повідомленні CERN. Баріон, який назвали «Ξcc++», вчені виявили завдяки детектора LHCb, що на Великому андронному колайдері (ВАК). В даних розпаду другого життєвого циклу, коли стикалися протони з енергією 13 тев, на кривій проявлявся помітний горб. Причиною цього відхилення були продукти розпаду баріонів, пояснили вчені.
Нова частинка має масу 3.621 мегаелектронвольт. Тобто вона приблизно вчетверо важче, ніж протон. Причина цього – два важких кварка, кожен з яких важить 1,275 мегаелектронвольт. Як і протон, новий баріон позитивно заряджений, інформують вчені. Але він має подвійний елементарний заряд, зате протон – просто позитивний.
Саме це і допомогло фізикам відкрити частинку. Адже вчені пояснили: в детекторі баріон «Ξcc++» летить відносно далеко, а вже потім розпадається. «Цей статус збігається з повільним розпадом, що відбувається під дією слабкої взаємодії, що і очікували», – повідомляють вчені.
Особливо захоплює те, що неоднакова комбінація кварків нового баріона надає можливість поглянути під іншим кутом на природу таких частинок і їх взаємодія. Вперше фізика елементарних частинок змогли з’ясувати, як присутність одночасно двох важких кварків впливає на поведінку частинок.
«В інших барионах кварки здійснюють складний танець один навколо одного, – пояснив Гай Уілкінсон (Guy Wilkinson) зі спільноти LHCb. – Зате ми вважаємо, що баріони з подвійною масою ведуть себе як подвійна планетарна система: обидва важкі кварки облітають один одного, зате легкі кварки кружляє навколо подвійної системи». Свідчення про їх поведінку фізики очікують отримати після детального аналізу тривалості і механізмів розпаду.
«Баріон з двома важкими кварками цікавий, бо надає нам унікальний інструмент, щоб дізнатися більше про квантової хромодинамике», – пояснив Джованні Пассалева (Giovanni Passaleva), представник спільноти LHCb. Квантова хромодинаміка описує ефекти сильної взаємодії, однією з чотирьох фундаментальних сил фізики. Це сила, що утримує разом атомне ядро.
Нововиявлене баріон з подвійним кварком, мабуть, не єдиний у своєму роді: фізики припускають, що ціла та «сім’я» баріонів з двома кварками може утворювати зв’язку з іншим третім кварком. Зовсім скоро ці частинки можуть виявити за допомогою ВАК. У всякому разі, дослідники LHCb-спільноти вже почали свою погоню за ними.
Ще на своє відкриття чекають баріони з двома іншими тяжкими кварками, зокрема: двома красивими або красивим і чарівним. Відповідно до теорії, вони повинні були б існувати і принаймні на короткий час затримуватися в прискорювачі частинок.