Большой адронный коллайдер обнаружил свидетельства существования 3 невиданных ранее частиц

Физики утверждают, что в данных, полученных с европейского Большого адронного коллайдера, обнаружены доказательства существования трех никогда ранее не встречавшихся комбинаций кварков, как раз в то время, когда крупнейший в мире аппарат для уничтожения частиц начинает новый раунд высокоэнергетических экспериментов.

Три экзотических типа частиц, которые включают две комбинации из четырех кварков, известных как тетракварки, и пяти кварков, называемых пентакварками, полностью соответствуют Стандартной модели, десятилетиями существовавшей теории, описывающей структуру атомов.

В отличие от этого, ученые надеются, что текущий запуск БАК позволит обнаружить доказательства физики, которая выходит за рамки Стандартной модели и объясняет природу таких загадочных явлений, как темная материя. Такие доказательства могут указывать на новые массивы субатомных частиц или даже на дополнительные измерения в нашей Вселенной.

БАК был остановлен на три года, чтобы модернизировать свои системы для работы с беспрецедентными уровнями энергии. Эта остановка завершилась в апреле, и с тех пор ученые и инженеры в исследовательском центре CERN на границе Франции и Швейцарии готовились к сегодняшнему возобновлению научных операций.

В центре управления ЦЕРН царила суматоха, когда БАК начал третий цикл сбора и анализа данных.

"Это волшебный момент", - сказал Генеральный директор ЦЕРН Фабиола Джанотти во время сегодняшней веб-трансляции. "Мы только что провели столкновения при беспрецедентной энергии - 13,6 тераэлектронвольт, и это открывает новую эру исследований в ЦЕРНе".

Джанотти сказал, что ученые БАК рассчитывают собрать во время третьего запуска столько же данных, сколько они собрали за 13 лет во время двух предыдущих запусков коллайдера. "Это, конечно, увеличит наши возможности для открытий или для понимания фундаментальных законов Вселенной", - сказала она.

Кольцо сверхпроводящих магнитов диаметром 27 километров (17 миль в окружности) и его детекторы частиц будут работать круглосуточно в течение почти четырех лет во время третьего запуска.

Сегодняшний запуск начался через 10 лет и один день после того, как физики БАК объявили о своем самом большом открытии на сегодняшний день: доказательстве существования бозона Хиггса, субатомной частицы, которая помогает объяснить феномен массы.

Три новых типа субатомных частиц, описанные сегодня на семинаре в ЦЕРНе, не являются откровениями уровня Хиггса. Но они свидетельствуют о том, что БАК находится на горячем пути к открытию еще большего количества ранее невиданных строительных блоков Вселенной.

Большой адронный коллайдер сталкивает протоны вместе на скоростях, близких к скорости света, чтобы изучить комбинации кварков, которые известны как адроны.

"Чем больше анализов мы проводим, тем больше видов экзотических адронов мы находим", - сказал в пресс-релизе Нильс Тунинг, координатор по физике детектора LHCb коллайдера.

"Мы наблюдаем период открытий, похожий на 1950-е годы, когда начали открывать "зоопарк частиц" адронов, что в конечном итоге привело к кварковой модели обычных адронов в 1960-х годах. Мы создаем "Зоопарк частиц 2.0"".

Представитель LHCb Крис Паркес сказал, что изучение новых комбинаций кварков "поможет теоретикам разработать единую модель экзотических адронов, точная природа которых в значительной степени неизвестна".

Большинство адронов не столь экзотичны. Протоны и нейтроны, например, состоят из трех кварков, связанных вместе. (На самом деле, происхождение слова "кварк" восходит к строчке из "Поминок по Финнегану" Джеймса Джойса: "Три кварка для муштры!"). Пионы - это двухкварковые комбинации.

Четырехкварковые и пятикварковые комбинации встречаются гораздо реже, и считается, что они существуют лишь мгновение, прежде чем распасться на различные типы частиц.

Кварки имеют шесть различных "ароматов": вверх и вниз, верх и низ, очарование и странность.

Команда LHCb проанализировала распады отрицательно заряженных B-мезонов и увидела свидетельства существования пентакварка, состоящего из очарованного кварка и очарованного антикварка, а также восходящего, нисходящего и странного кварков. Это первый известный пентакварк, включающий странный кварк.

Два недавно идентифицированных тетракварка включают "вдвое электрически заряженную" комбинацию из четырех кварков: кварка очарования, странного антикварка, восходящего кварка и нисходящего антикварка.

Этот тетракварк был обнаружен в комбинации с его нейтральным аналогом, который имеет очарованный кварк, странный антикварк, восходящий антикварк и нисходящий кварк. ЦЕРН утверждает, что это первый случай, когда пара тетракварков была замечена вместе.

В некоторых теоретических моделях экзотические адроны представляются как отдельные единицы плотно связанных кварков. Другие рассматривают их как пары стандартных адронов, слабо связанных между собой, подобно тому, как атомы связаны между собой, образуя молекулы.

"Только время и дальнейшие исследования экзотических адронов покажут, являются ли эти частицы одной, другой или обеими", - говорят в ЦЕРНе.