• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
09.08.2021
Василий Парфенов
2
44 718

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

Вчера, 13:46
ПНИПУ

Согласно планам России по развитию авиастроения, к 2030 году будет произведено свыше тысячи отечественных самолетов. Перед промышленными предприятиями сейчас стоит масштабная задача — ускорить цикл проектирования, производства и сервиса авиационных двигателей. Во время их сборки могут возникать дефекты, которые тормозят процесс и снижают показатели эффективности. Один из наиболее распространенных дефектов — дисбаланс ротора, основной части турбины двигателя. Он приводит к повышению нагрузки, меняет режим работы и ускоряет разрушение двигателя. Ученые ПНИПУ предложили минимизировать начальный дисбаланс ротора с помощью выбранного метода сборки, а остаточный дисбаланс — балансировкой.

Вчера, 15:20
Полина

Дети, которые родились в одноязычных и многоязычных семьях, по-разному воспринимают речь. Это подтвердила спектроскопия.

Позавчера, 19:10
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

Позавчера, 15:00
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[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.
Andrey Feldman
09.08.2021
-
0
+
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?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

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
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: