Новости ЦЕРН: Коллаборация LHCb обнаружила новую протоноподобную частицу
Эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider - LHC) в ЦЕРНе обнаружил новую частицу, состоящую из двух очарованных кварков и одного нижнего кварка, структура которой похожа на известный протон, но с двумя тяжелыми очарованными кварками, заменяющими два верхних кварка протона, что вчетверо увеличивает его массу. Это открытие поможет физикам лучше понять, как сильное взаимодействие связывает протоны, нейтроны и другие составные частицы.
Художественное изображение новой частицы, содержащей два очарованных кварка и один нижний кварк. Изображение: коллаборация LHCB
Кварки являются фундаментальными строительными блоками материи и бывают шести типов: верхний, нижний, очарованный, странный, топовый и боттом. Обычно они объединяются группами по два и три, образуя мезоны и барионы соответственно. Однако, в отличие от стабильного протона, большинство этих мезонов и барионов, которые в совокупности известны как адроны, нестабильны и недолговечны, что затрудняет их наблюдение. Для их образования необходимо столкновение высокоэнергетических частиц в таком устройстве, как Большой адронный коллайдер (LHC). Эти нестабильные адроны быстро распадаются, но более стабильные частицы, образующиеся в результате этого распада, могут быть обнаружены, и, следовательно, можно определить свойства исходной частицы.
Исследователи неоднократно использовали этот подход для обнаружения новых адронов, и новая частица, о которой только что объявила коллаборация LHCb, увеличивает общее число адронов, обнаруженных экспериментами на LHC, до 80.
Это первая новая частица, идентифицированная после модернизации детектора LHCb, завершенной в 2023 году, и лишь второй случай наблюдения бариона с двумя тяжелыми кварками; первый случай был зафиксирован LHCb почти 10 лет назад. Результат поможет теоретикам проверить модели квантовой хромодинамики, теории сильного взаимодействия, связывающей кварки не только в обычные барионы и мезоны, но и в более экзотические адроны, такие как тетракварки и пентакварки.
В 2017 году LHCb сообщил об открытии очень похожей частицы, состоящей из двух очарованных кварков и одного верхнего кварка. Этот верхний кварк — единственное отличие данной частицы от новой, у которой на месте верхнего кварка находится нижний кварк. Несмотря на сходство, предсказанное время жизни новой частицы до шести раз короче, чем у её аналога, из-за сложных квантовых эффектов. Это делает её наблюдение ещё более сложным.
Анализируя данные протон-протонных столкновений, зарегистрированные детектором LHCb во время третьего запуска LHC, коллаборация LHCb обнаружила новый барион со статистической значимостью 7 сигма, что значительно выше порога в 5 сигма, необходимого для заявления об открытии.
Этот важный результат — фантастический пример того, как уникальные возможности LHCb играют жизненно важную роль в успехе LHC. Он подчеркивает, как модернизация экспериментальных установок в ЦЕРН напрямую приводит к новым открытиям, создавая основу для революционных научных исследований, которые мы ожидаем от LHC с высокой светимостью. Эти достижения стали возможны только благодаря исключительной производительности ускорительного комплекса ЦЕРН, командам, которые обеспечивают его работу, и самоотверженности ученых, работающих над экспериментом LHCb.