какую новую частицу открыли в церн
Три новых элементарных частицы открыты на Большом адронном коллайдере
Физики обнаружили новый, третий по счету пентакварк, а также «раздвоение» старого
Отмечается, что эксперимент уточнил данные 2015 года, когда было открыто две таких частицы.
Дальнейшая задача ученых состоит в том, чтобы определить, основываясь на свойствах экспериментально наблюдающихся состояний, хотя бы качественную модель явления. Дело в том, что подобные эксперименты опережают понимание происходящего. Из-за вычислительных сложностей квантовая хромодинамика (КХД, часть Стандартной модели физики частиц, описывающая взаимодействия, в которых участвуют адроны) не может предсказать не только основные параметры пентакварков, но даже должны ли они существовать или нет.
По словам Бондаря, изучение новых многокварковых систем поможет расширить представления об универсальных свойствах и законах природы, о том, как устроена сильно взаимодействующая (ядерная) материя, возможно, будут получены дополнительные знания об устройстве и эволюции звезд.
Большой адронный коллайдер построен на 100-метровой глубине под границей Франции и Швейцарии. Он представляет собой кольцевой туннель, в котором установлен ускоритель заряженных частиц (протонов). При их столкновении на околосветовых скоростях должны рождаться новые элементарные частицы, изучение которых даст ответ на вопрос, что происходило в первые мгновения после Большого взрыва.
Физики открыли новую элементарную частицу – тетракварк
Большой адронный коллайдер, как известно, машина невероятно сложная. Среди основных задач ускорителя заряженных частиц – разгон протонов и тяжелых ионов и изучения продуктов их соударений. Так что когда говорят «эти колдуны-ученые дробят материю на атомы», все действительно так, за исключением, конечно, того, что ученые – не колдуны. Новое исследование, результаты которого были представлены в ходе международной научной конференции по физике, подтвердило существование ранее неизвестной частицы, которая представляет собой тетракварк – экзотический адрон, содержащий два кварка и два антикварка. Это – самая долгоживущая частица экзотической материи, которую когда-либо открывали исследователи, и первая, содержащая два тяжелых кварка и два легких антикварка. И прежде чем вы окончательно запутаетесь, напомним, что кварки – это фундаментальные строительные блоки, из которых строится материя. Объединяясь, эти субатомные частицы образуют адроны – группу, включающую знакомые протоны и нейтроны (иными словами, кварки меньше, чем просто маленькие.) Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но недавно обнаруженная частица адрона состоит из четырех, что делает ее разновидностью тетракварка – абсолютно новой частицы.
Физики открыли новую элементарную частицу – двойной тетракварк
Интересно, что в последние годы был обнаружен ряд так называемых экзотических адронов – частиц с четырьмя или пятью кварками вместо обычных двух или трех. Новое открытие касается особенно уникального и по-настоящему экзотического адрона.
Мир элементарных частиц
Элементарные частицы, хотя и невидимы человеческому глазу, составляют как и нас самих, так и все, что нас окружает. Говоря о кварках, важно понимать, что они отличаются друг от друга массой и зарядом. Новый тетракварк – первый экзотический адрон, который ученые называют очаровательным. Причина заключается в том, что два его кварка присутствуют рядом с антикварками, а вот они не очаровательны совершенно.
Кварки можно рассматривать как кирпичики Lego, поэтому просто обнаружить новую комбинацию из четырех кварков, которые ранее не наблюдались – не такой уж увлекательный процесс как может показаться. Что интересно изучать, так это ТО, КАК эти частицы объединяются – понимая эти процессы мы наконец сможем узнать как кварки склеиваются между собой, – сообщила Фрейя Блекман, физик из Университета Врие в Брюсселе, которая не принимала участия в исследовании. Я думаю, что это очень захватывающий результат.
Кварки – это строительные блоки материи. Их изучение помогает нам лучше понять Вселенную и окружающий мир.
Итак, новая частица содержит два кварка и два антикварка – злые близнецы кварка, если можно их так назвать. В последние годы было обнаружено несколько тетракварков (в том числе один с двумя кварками и двумя антикварками). Новое открытие физики выделяют особенно, так как частицы, содержащие кварк и антикварк, обладают по их словам «скрытым очарованием».
Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики частиц и не только читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!
Почему тетракварк – особенная частица?
Экзотические частицы, подобные новому тетракварку, могут создаваться в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер, но появляются и исчезают они чрезвычайно быстро. Считается, что новый тетракварк существует довольно долго, прежде чем распадется. Но «долго» в данном случае – невероятно короткий период времени, за который вряд ли эту частицу можно измерить в наших, уж извините, человеческих терминах.
Продолжительно жизни нового тетракварка вероятно, немного превышает одну квинтиллионную секунды, – сказал Патрик Коппенбург, физик из Голландского национального института субатомной физики и член команды LHCb в ЦЕРН.
Как и многие другие кварковые состояния, новая частица была обнаружена найден физиками с использованием метода, под названием «охота за ударами». По сути, исследователи запускают ускоритель частиц и позволяют частицам сталкиваться, следя за неожиданным количеством энергии или массы в системе. Когда они получают результаты, не синхронизированные с основным шумом системы и отфильтровав все не относящиеся к делу сигналы, у физиков появляется подсказка – они наткнулись на что-то новое.
Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет ученым раскрывать самые удивительные тайны Вселенной.
Кстати, именно в следствие такой охоты в 2012 году был обнаружен бозон Хиггса. Подробнее о том, что представляет собой эта элементарная частица читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина.
Отметим также, что результаты, полученные с помощью БАК, способствуют пониманию физиками того, как взаимодействуют фундаментальные частицы. Что же до нового тетракварка (научно записанный как Tcc+), то он распадается медленно, так как лишь немногим тяжелее частиц, на которые он распадается. Предыдущие результаты LHCb позволили физикам-теоретикам предсказать в 2017 году, что подобный тетракварк, называемый Tbb, может быть полностью стабильным, что означает, что он вообще не распадется из-за сильного взаимодействия.
Это будет прорыв в физике элементарных частиц, если будет доказано открытие нового типа тетракварка с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками»,- отметил Руй-Линь Чжу, физик-теоретик из Нанкинского нормального университета в Китае. Новое открытие яявляется абсолютным триумфом теоретических предсказаний.
Физика элементарных частиц – очень увлекательная наука.
В целом, новый эксперимент подтверждает ранее полученные исследователями выводы: «теперь мы знаем, что это частицы правят адронной вселенной», – отмечают физики. Более того, открытие открывает путь для поиска более тяжелых частиц того же типа, с одним или двумя кварками. Ну а новая частица – очень заманчивая цель для дальнейшего изучения.
Дело в том, что частицы, на которые распадается тетракварк, сравнительно легко обнаружить, и в сочетании с небольшим количеством доступной энергии при распаде это приводит к превосходной точности определения массы тетракварка и позволяет изучать квантовые числа этой увлекательной частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить строгую проверку существующих теоретических моделей и даже потенциально может позволить исследовать ранее недостижимые эффекты. Наука, вперед!
Открыта новая экзотическая частица материи — тетракварк Tcc +
Коллаборация LHCb в ЦЕРНе представила новое открытие на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий (EPS-HEP). Новая частица, обнаруженная LHCb и обозначенная как Tcc +, представляет собой тетракварк — экзотический адрон, содержащий два кварка и два антикварка. Это самая долгоживущая частица экзотической материи, когда-либо обнаруженная, и первая содержащая два тяжелых кварка и два легких антикварка.
Кварки — это фундаментальные строительные блоки, из которых строится материя. Они объединяются, образуя адроны, а именно барионы, такие как протон и нейтрон, которые состоят из трех кварков, и мезоны, которые образуются как кварк-антикварковые пары.
В последние годы был обнаружен ряд так называемых экзотических адронов — частиц с четырьмя или пятью кварками вместо обычных двух или трех. Сегодняшнее открытие — это особенно уникальный экзотический адрон.
Новая частица содержит два очарованных кварка, а также верхний и нижний антикварк. В последние годы было открыто несколько тетракварков (в том числе один с двумя очарованными кварками и двумя очарованными антикварками), но это первый тетракварк, содержащий два очарованных кварка, без очарованных антикварков, чтобы уравновесить их. Физики называют это «открытое очарование» (в данном случае «двойное открытое очарование»).
Частицы, содержащие очарованный кварк и очарованный антикварк, обладают «скрытым очарованием» — сумма квантового числа очарования для всей частицы равна нулю, как положительный и отрицательный электрические заряды. Здесь квантовое число очарования в сумме дает два.
У Tcc + есть и другие интересные особенности, помимо открытости. Это первая обнаруженная частица, принадлежащая к классу тетракварков с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками. Такие частицы распадаются, превращаясь в пару мезонов, каждый из которых образован одним из тяжелых кварков и одним из легких антикварков.
Согласно некоторым теоретическим предсказаниям, масса тетракварков этого типа должна быть очень близка к сумме масс двух мезонов. Такая близость по массе делает распад «трудным», в результате чего увеличивается время жизни частицы, и действительно, Tcc + является самым долгоживущим экзотическим адроном, обнаруженным на сегодняшний день.
Это открытие открывает путь к поиску более тяжелых частиц того же типа, в которых один или два очарованных кварка заменены нижними кварками. Особенно интересна частица с двумя нижними кварками: согласно расчетам, ее масса должна быть меньше суммы масс любой пары B-мезонов.
Это сделало бы распад не только маловероятным, но и фактически нереальным: частица не могла бы распадаться из-за сильного взаимодействия, а вместо этого должна была бы делать это за счет слабого взаимодействия, что сделало бы ее время жизни на несколько порядков больше.
Новый тетракварк Tcc + — интересная цель для дальнейшего изучения. Все частицы, на которые он распадается, сравнительно легко обнаружить, и в сочетании с небольшим количеством доступной энергии при распаде это приводит к превосходной точности определения его массы и позволяет изучать квантовые числа этой удивительной частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить строгую проверку существующих теоретических моделей и даже потенциально позволить исследовать ранее недостижимые эффекты.
«Наблюдение за сильно связанным экзотическим адроном, который был бы устойчивым по отношению к сильному взаимодействию, было бы краеугольным камнем в понимании КХД в масштабе адронов», — говорит Иван Поляков, один из авторов исследования.
На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи. Почему ученые не понимают, с чем они столкнулись?
При участии российских физиков в ЦЕРН обнаружили новую частицу — экзотический тетракварк Tcс+, представляющий собой новую форму материи. В коллаборацию LHCb, которая сделала открытие, входят Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, Новосибирский государственный университет, Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова и другие организации. «Лента.ру» рассказывает о научном достижении и о том, что оно значит для физики частиц в целом.
Очарованные и прелестные
LHCb — это один из четырех детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере, который предназначен для изучения физики прелестных кварков (b-кварков) и нарушения CP-симметрии при взаимодействии между этими кварками. CР-симметрией называют неизменность законов физики при замене всех частиц на античастицы при одновременном зеркальном отражении физических процессов. Считается, что некоторые частицы не соблюдают СР-симметрию, и это может объяснять, почему во Вселенной материя преобладает над антиматерией. Помимо основной задачи, детектор LHCb также задействован в экспериментах с очарованными кварками (с-кварками).
Материалы по теме
Игрушка дьявола
Сжалось и протекло
Тетракварки являются экзотическими мезонами, то есть частицами, в которых число кварков равно числу антикварков. Экзотическими их называют потому, что изначально предполагалось существование частиц, состоящих либо из трех кварков, как протоны и нейтроны, либо из кварка и антикварка. В своих фундаментальных работах 1964 года физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг, в которых они предложили кварковую модель, упомянули возможность добавления кварк-антикварковой пары к минимальной мезонной или барионной кварковой конфигурации для образования адронов с четырьмя (тетракварк) или пятью (пентакварк) кварковыми составляющими. При этом считалось, что состав тетракварков всегда соответствует формуле qq’QQ’, где q — это легкий кварк (верхний, нижний или странный), а Q — тяжелый кварк (очарованный или прелестный); апострофы обозначают соответствующие антикварки (легкие или тяжелые).
Физикам потребовалось 50 лет, чтобы получить однозначные экспериментальные доказательства существования экзотических адронов. В апреле 2014 года коллаборация LHCb опубликовала измерения, которые продемонстрировали, что частица Z (4430), впервые обнаруженная коллаборацией Belle, состоит из четырех кварков (ccud). Затем в июле 2015 года на Большом адронном коллайдере произошел поворотный момент в спектроскопии экзотических барионов, когда коллаборация LHCb сообщила о признаках существования пентакварков.
Считается, что первым экспериментально обнаруженным тетракварком стал Zc(3900), открытый в 2013 году сразу двумя независимыми научными коллективами на китайском электрон-позитронном коллайдере в BEPC II и в японской лаборатории Организации по изучению высокоэнергетических ускорителей. В 2015 году анализ распада лямбда-барионов, содержащих в своем составе один прелестный кварк (прелестные лямбда-барионы), раскрыл существование пентакварков — экзотических частиц, состоящих из пяти кварков. С тех пор экспериментально доказано существование 20 тетракварков и четырех пентакварков.
В июле 2020 года физики LHCb объявили о возможном открытии тетракварка с четырьмя очарованиями. До этого момента все известные экзотические частицы содержали пару очарованный кварк или очарованный антикварк или прелестный кварк и прелестный антикварк. В августе 2020 года впервые открыли тетракварк cdus с открытым очарованием, а в марте 2021 года — тетракварк со скрытым очарованием и странным кварком. О скрытом очаровании говорят, когда в составе адрона имеются очарованный кварк и очарованный антикварк. При открытом очаровании частицы не содержат очарованных антикварков, чтобы уравновесить очарованные кварки. Аналогичная терминология применяется к другим ароматам кварков.
На пике открытия
Новая частица проявила себя в виде узкого пика в спектре масс распада π+-мезона со статистической значимостью, превышающей 20 стандартных отклонений, что однозначно указывает на открытие. Физики проанализировали полный набор данных, полученных при сеансах работы коллайдера Run 1 и Run 2.
Тетракварк Tcс+, или ccud представляет собой единственную известную науке частицу, состоящую из четырех кварков, сразу два из которых являются очарованными (с-кварки), но при этом отсутствуют очарованные антикварки. Вместо них содержатся два антикварка с ароматами u (верхний) и d (нижний). То есть данная частица имеет открытое очарование и выходит за рамки традиционной схемы образования адронов, обнаруживаемой в мезонах и барионах. При этом время жизни нового тетракварка примерно в 10-500 раз больше, чем у частиц с похожей массой, что делает тетракварк Tcс+ рекордсменом-долгожителем.
Все наблюдавшиеся экзотические адроны распадаются за счет сильного взаимодействия. Долгоживущая экзотическая частица, стабильная по отношению к сильному взаимодействию, заинтриговала бы сообщество физиков элементарных частиц. Адрон с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками — главный кандидат. Однако до сих пор было неясно, будет ли такая частица существовать.
Ситуация изменилась четыре года назад, когда коллаборация LHCb обнаружила барион, содержащий два очарованных кварка и один верхний кварк. Это наблюдение позволило предсказать существование стабильного тетракварка bbud с двумя прелестными кварками. Долгожданное открытие на этой неделе показывает, что ccud также существует, что дополнительно подтверждает существование тетракварка bbud, устойчивого к сильным и электромагнитным взаимодействиям.
Атом или молекула
Физики предполагают две возможности взаимодействия кварков внутри тетракварка. Кварки могут быть тесно взаимосвязаны друг с другом или представлять собой тесно взаимодействующие мезоны. Иными словами, в первом случае экзотическая частица может быть больше похожа на «атом», который имеет очень маленькое и тяжелое ядро, состоящее из двух очарованных кварков и окруженное облаком очень большого размера из легких антикварков. Или же она является «молекулой», в которой две тяжелые частицы D0 и D*+ вращаются друг вокруг друга на расстоянии примерно в восемь-десять раз больше размера каждой из этих частиц.
Поскольку пик в спектре масс распада π+-мезона близок к порогу, соответствующему массе пары очарованных мезонов D*+ D0, можно предположить, что наиболее вероятен вариант с «молекулой», хотя реальная природа этой близости пока остается загадкой, и она не исключает мультикварковую «атомную» структуру. Кроме того, существует загадочная частица χc1(3872), которая по массе тоже близка сумме масс очарованных мезонов. Сходство масс χc1(3872) и Tcс+ может указывать на глубокую, но еще не изученную связь между двумя частицами.
На этой неделе на конференции коллаборации LHCb было объявлено о наблюдении еще двух адронов, Ξb(6327)0 и Ξb(6330)0. Таким образом, к списку адронов, обнаруженных на Большом адронном коллайдере, были добавлены еще три адрона, в результате чего общее количество обнаруженных адронов достигло 62.
На Большом адронном коллайдере нашли новую частицу
В ЦЕРН впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Об открытии сообщается в статье, опубликованной в репозитории препринтов arXiv.org.
Команда ученых воспользовалась новым методом поиска аномалий, которые в физике частиц называют «бампами» (англ. bump), на фоне других зафиксированных продуктов столкновения (событий) пучков протонов, разогнанных в Большом адронном коллайдере до энергии 13 тераэлектронвольт. Исследователи просмотрели данные, полученные в период 2009-2013 и 2015-2018 годы на детекторе LHCb, и обнаружили «бамп» в распределении масс частиц (J/ψ-мезонов), состоящих из очарованного кварка и очарованного антикварка. Наблюдение было сделано с уровнем достоверности более пяти сигма (пяти стандартных отклонений), что позволяет ученым говорить о существовании новой, ранее неизвестной частицы.
«Бамп» соответствует резонансу (короткоживущей частице) с диапазоном масс 6,2-7,4 ГэВ/с 2 (гигаэлектронвольт на скорость света в квадрате), который, согласно прогнозам, соответствует частице, состоящей из двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков, то есть она относится к тетракваркам. Пока не ясно, является ли новая частица настоящим тетракварком, то есть системой тесно связанных друг с другом частиц, или «адронной молекулой» — двумя тесно взаимодействующими мезонами, то есть частицами, состоящими из пары кварк-антикварк.
LHCb — один из четырех основных детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере и предназначенных для поиска аномалий во взаимодействиях состоящих из кварков частиц. Основная цель эксперимента состоит в открытии Новой физики, лежащей за пределами Стандартной модели, описывающей взаимодействие всех известных элементарных частиц.