Учёные, работающие с Большим адронным коллайдером, открыли четыре новые экзотические частицы. Теперь количество адронов, открытых на этом крупнейшем в мире ускорителе (за 11 лет его работы), достигло 59.
Мир как лего
Напомним, что адроны – это частицы, состоящие из кварков и/или антикварков. Существует всего шесть видов кварков и их античастиц антикварков: нижний (down), верхний (up), странный (strange), очарованный (сharm), прелестный (beauty) и истинный (true). Эти поэтичные названия часто заменяют их первыми буквами в англоязычном написании и говорят об d-, u-, s-, c-, b- и t-кварках.
Адроны различаются между собой тем, сколько и каких кварков входит в их состав. Например, протон содержит два u-кварка и один d-кварк, а нейтрон – наоборот. Известны частицы из четырёх (тетракварки) и пяти (пентакварки) кварков/антикварков того или иного вида. К слову, и тетра-, и пентакварки были впервые обнаружены именно на БАК.
Бывает также, что два адрона полностью совпадают по кварковому составу, но всё равно являются разными частицами. Так происходит, если кварки внутри них имеют разную энергию. Частица с более энергичными кварками имеет большую массу, чем её более "спокойный" близнец (напомним, что энергия переходит в массу по знаменитой формуле E = mc2).
Для физиков открытие каждого нового адрона – выдающееся событие. Ведь оно раскрывает новые подробности поведения кварков, этих фундаментальных кирпичиков, из которых состоят протоны и нейтроны (а значит, и ядра атомов любого вещества, будь это наша кровь или межзвёздный газ).
Фабрика открытий
Вместе с четырьмя "новобранцами" число новых для науки адронов, обнаруженных на Большом адронном коллайдере за 11 лет работы, достигло 59. Все эти частицы с датой открытия, энергией и кварковым составом показаны на иллюстрации ниже.
Таким образом, физики совершали открытие в среднем каждые два месяца. А ведь создание адронов – главная, но не единственная задача БАК. Например, знаменитый бозон Хиггса, за открытие которого в 2013 году присудили Нобелевскую премию по физике, – это не адрон. Тем не менее он был открыт и детально изучен исключительно благодаря БАК.
Новички
Все четыре новые обнаруженные частицы – тетракварки. Один из них, Zcs(4000)+ состоит из одного c-кварка, одного c- антикварка, одного u-кварка и одного s-антикварка. Эта "гремучая смесь" имеет положительный электрический заряд, равный заряду протона, о чём говорит значок "+" в его обозначении.
Ещё одна новая частица, Zcs(4220)+, полностью копирует предыдущую по кварковому составу, но имеет большую массу: не 4000 МэВ/с2, а 4220 МэВ/с2.
Третий представитель "пополнения" – тетракварк X(4630). Он состоит из c-кварка с его антикварком и s-кварка опять-таки с его антикварком. Заряды частицы и её античастицы всегда равны по величине и противоположны по знаку, поэтому тетракварк X(4630) имеет нулевой суммарный заряд.
Наконец, последняя открытая частица – X(4685). Она копирует предыдущую по кварковому составу, но имеет несколько большую массу 4685 МэВ/с2.
Все четыре новых тетракварка были обнаружены коллаборацией LHCb, в которую входят и российские учёные. Так, специалисты из Высшей школы экономики разработали систему искусственного интеллекта, обрабатывающую огромный поток данных с детекторов ускорителя.
Препринт научной статьи с описанием открытия опубликован на сайте arXiv.org.
Итоги и перспективы
Ускоритель с 27-километровым туннелем, разгоняющий частицы до 0,999999991 скорости света, более чем оправдал вложенные в него огромные средства. В 2018 году он был остановлен на модернизацию. Его следующий запуск с обновлённым более совершенным оборудованием ожидается в 2022 году. И тогда человечество наверняка ждут новые интересные открытия.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что в будущем БАК может стать частью гигантского стокилометрового суперколлайдера.
