Обнаружена самая долгоживущая экзотическая частица, которая изменит современную физику — Naked Science
9 августа
Василий Парфенов
2

Обнаружена самая долгоживущая экзотическая частица, которая изменит современную физику

5.1

Анализируя данные с детектора LHCb, установленного на Большом адронном коллайдере, ученые обнаружили надежные свидетельства существования уникальной частицы — дважды открыто очарованного тетракварка. И как бы диковинно ни звучало ее название для не знакомого со Стандартной моделью человека, физикам оно сообщает еще более странную информацию: похоже, современные научные представления об устройстве мира опять придется изрядно перетрясти.

Обнаружена самая долгоживущая экзотическая частица, которая изменит современную физику
Схема дважды открыто очарованного тетракварка Tcc+ / ©CERN

Курс физики в общеобразовательной школе дает настолько же стройную, насколько и неполную картину микромира. Каждый интересующийся естественными науками человек рано или поздно сталкивался с этим шоком — оказывается, протонами, нейтронами, электронами, фотонами и нейтрино все не ограничивается. Есть еще кварки, лептоны, бозоны, а «привычные» нам субатомные частицы вообще представляют собой «суп» из гораздо более мелких элементов. Ну, кроме электронов и фотонов — с ними все, как и было, они неделимы.

Почти вся материя вокруг нас состоит из барионов, то есть тяжелых частиц: стабильных нейтронов и протонов. Они, в свою очередь, устроены сравнительно просто— по три кварка в каждом. Существуют еще нестабильные мезоны, составленные из пары кварк-антикварк, но в рамках этой истории они не так важны. Если уж совсем углубляться, то эта картина все равно не полная, поскольку относительно протона есть несколько иная информация. В любом случае, насчет роли кварков физики давно определились, присудив им звание фундаментальных «кирпичиков» мироздания, из которых «набираются» все крупные частицы. И уж это точно доказано с достаточной степенью достоверности (а вот чем они сами образованы — вопрос долгих и пока никак не приближающихся к разрешению споров).

Проблема в следующем. Нет таких законов природы, которые запрещали бы кваркам собираться не по два или три, а в больших количествах. Подобные экзотические частицы были предсказаны сразу несколькими физиками-теоретиками еще в 1960-е годы. Однако, из-за того, что продвинутыми средствами фильтрации шума на экспериментальных установках ученые до недавнего времени не располагали, обнаружить их не получалось. Ситуация кардинально изменилась в XXI веке на фоне развития компьютерной техники. И уже с 2003 года открытия посыпались, как из рога изобилия: на сегодняшний день известно несколько десятков тетракварков (четыре кварка) и пара пентакварков (пять кварков).

Все эти экзотические частицы объединяет сразу несколько общих свойств. Во-первых, они крайне нестабильны и время их жизни исчисляется зептосекундами (секстиллионными долями секунды). Во-вторых, они хоть и не противоречат Стандартной модели, но при этом в нее не вписываются. Иными словами, их роль совершенно непонятна, а существование пентакварков в природе и вовсе под вопросом (их получали только намеренно в ходе специальных экспериментов). Но недавно обнаруженный дважды открыто очарованный тетракварк даже на этом необычном фоне умудрился выделиться.

Самая экзотическая из всех экзотических частиц

Об открытии необычного тетракварка на Конференции по физике высоких энергий Европейского физического общества (EPS-HEP) сообщили специалисты, работающие с экспериментом ЦЕРН LHCb. Это самый маленький из главных детекторов Большого адронного коллайдера (БАК). Частицу обнаружили в архивных данных 2011-18 годов, когда просеивали их в ходе рутинного поиска «пропущенных» открытий. К сожалению, если какое-то явление заранее не предсказано теоретиками (как было с бозоном Хиггса и планетой Нептун), для его выявления требуется обработка огромного объема информации буквально «на удачу». Ранее таким же методом уже были найдены несколько десятков различных частиц.

Обнаружена самая долгоживущая экзотическая частица, которая изменит современную физику
Энергетический пик на показаниях детектора, соответствующий Tcc+ / ©CERN

Отсев шума с записей о миллионах проведенных на БАКе столкновений частиц позволил с большой уверенностью идентифицировать мезон Tcc+, тот самый дважды открыто очарованный тетракварк. От всех прочих подобных частиц он разительно отличается составом. В нем соединены два тяжелых, почти равных массе протона, c-кварка (очарованных), а также легкие u-антикварк (верхний) и d-антикварк (нижний). Эпитеты в скобках означают «ароматы» частиц, то есть определенные квантовые числа (параметры), характеризующие их фундаментальные свойства.

Странность здесь в следующем: никогда ранее не наблюдались частицы с открытым очарованием, считалось, что c-кварк должен уравновешиваться c-антикварком. Но Tcc+ сломал не только этот шаблон, он еще и живет невероятно долго — единицы аттосекунд, что на два-три порядка выше, чем время распада других экзотических адронов. Отличная новость заключается в том, что имея на руках две с лишним сотни событий-кандидатов на обнаружение Tcc+ сотрудники ЦЕРН описали четкие критерии, по которым его можно засечь. Частицы, на которые распадается этот тетракварк сравнительно легко детектируются, поэтому подтвердить открытие у команд, работающих на других ускорителях не составит труда. К тому же масса Tcc+ достаточно низка, чтобы он образовывался на установках с гораздо меньшими рабочими энергиями, чем БАК.

Прорыв или революция?

Сам факт существования Tcc+ ставит перед физиками еще один вопрос — а что, если его структура не уникальна и является «шаблоном» для других подобных частиц? Тогда вполне реально существование мезона не с двумя очарованными кварками, а с одним или парой еще более тяжелых b-кварков (прелестных). Некоторые из таких частиц совершенно ломают картину мира, поскольку они должны «жить» еще минимум на порядок-два дольше. Это означает, что более тяжелые «родственники» Tcc+ смогут с большей вероятностью взаимодействовать с другими окружающими частицами. Таким образом, у них может быть своя роль во вселенной не только в качестве побочных продуктов субатомных взаимодействий.

Помимо всего вышеописанного Tcc+ может похвастаться целым спектром особенностей, которые научно-популярным языком объяснить архисложно. Среди них, например, есть подозрительная близость массы дважды открыто очарованного тетракварка и пары D-мезонов. Вдобавок к этому прояснить внутреннее строение Tcc+ в должной степени не удалось. Непонятно, представляет ли он собой «молекулу» из двух мезонов, то есть пары структур из тяжелого кварка и легкого антикварка, либо напоминает атом, где тяжелые кварки расположились компактно в центре и окружены облаком суперпозиций антикварков.

Одно ясно точно — новость о Tcc+ вызовет новый виток изысканий физиков и поиск других похожих частиц. Его обнаружение нельзя назвать совсем уж фантастической сенсацией уровня открытия бозона Хиггса, но ситуация все равно интригующая и с далеко идущими последствиями. Как минимум, это событие веско и довольно прямо намекает на мысль, о которой ученые давно задумывались: Стандартная модель ненамного более полная, чем квантово-механическая модель атома. Она работает, но только на своем уровне, а реальность гораздо сложнее, так что физикам еще копать и копать. Ну а нам — следить за грядущими великими революциями в науке, которые предвещают вот такие прорывы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 05:00
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

Вчера, 16:17
Sergei Sobol

В 80-х годах прошлого века японская автомобильная компания Honda выпустила в продажу складной мопед Motocompo. У него складывались руль, сиденье и подножки, превращая мопед в относительно небольшой прямоугольный «чемодан», позволяющий ему помещаться в багажнике малолитражного автомобиля.

Позавчера, 17:21
Илья Ведмеденко

Одной из новинок международного авиационно-космического салона Airshow China 2021 станет разведывательно-ударный БПЛА CH-6. На показанных фотографиях его впервые можно рассмотреть детально.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

Сегодня, 05:00
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

21 сентября
Алиса Гаджиева

Иранские ученые расшифровали тексты с глиняных табличек времен правления Дария I.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

До сих пор нет определения, что такое ФИЗИЧЕСКИ представляет собой частица, как рапортуется об открытии все новых. Сначала не графики и кривые, а феноменология как и из чего сделана. Да сих пор нет определения, что такое гравитация, и гравитационная волна (у Эйнштейна нет гравитационных волн, у него непонятная яма в материи) рапортуется об открытии гравитационных волн, примчавшихся из космоса. На самом деле, они, отдельно от гравитирующего тела не летают. И т.д.
09.08.2021
-
1
+
В статье есть ошибки. Во-первых, ожидаемое время жизни частицы с двумя b-кварками вместо двух c-кварков больше не на 2 порядка, а на 8. Во-вторых, уникальность новой частицы в том, что она с двойным открытым очарованием, то есть в ней два нескомпенсированных c-кварка. Частицы с одним c-кварком без анти-c-кварком были известны и ранее. Далее, само открытие никак не противоречит Стандартной модели, которая никак не запрещает существование дважды очарованных адронов. См. мою правильную статью на Элементах: https://elementy.ru//novosti_nauki/433846/Na_Bolshom_adronnom_kollaydere_otkryt_tetrakvark_s_dvoynym_ocharovaniem?ofm=1#fm5342967.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: