Новости ЦЕРН - LHCb обнаружил последнюю недостающую частицу из семейства дважды очарованных частиц
Новая частица, состоящая из одного странного кварка и двух очарованных кварков, завершает набор частиц, впервые теоретически предсказанных более полувека назад.
Иллюстрация: ЦЕРН
Кварки являются основными строительными блоками материи. Существует шесть типов кварков (верхний, нижний, очарованный, странный, топовый и донный), которые образуют пары или триплеты, известные как мезоны и барионы соответственно. Шестьдесят лет назад, когда эксперименты начали раскрывать лежащую в основе кварковую структуру материи, исследователи начали создавать теоретические модели для классификации того, как кварки могут объединяться в составные частицы. Вскоре ученые смогли предсказывать свойства еще не открытых частиц.
В 1964 году открытие новой частицы в Брукхейвенской национальной лаборатории стало поворотным моментом. Эта частица, состоящая из трех странных кварков, уже была предсказана теоретиками, и экспериментальное подтверждение ее существования и свойств показало силу этих теоретических моделей.
Однако эксперименты того времени не могли ни получить дважды очарованные барионы, ни обладать достаточно чувствительным оборудованием для их обнаружения. Для сравнения, знаменательное открытие частицы, состоящей из трех странных кварков, в 1964 году было сделано путем анализа 80 000 фотографий столкновений частиц в пузырьковых камерах. Для того чтобы исследователи всерьез начали поиски дважды заряженных барионов, потребовались бы гораздо более высокие энергии Большого адронного коллайдера (LHC) и анализ триллионов столкновений частиц.Десять лет спустя, в 1974 году, еще одно открытие показало наличие четвертого кварка — очарованного кварка. Это означало, что теоретикам теперь пришлось расширить свои модели, чтобы учесть множество новых возможных комбинаций кварков. В число этих предсказаний вошли дважды очарованные барионы. Это частицы, каждая из которых состоит из двух очарованных кварков и либо верхнего, либо нижнего, либо странного кварка в качестве третьего элемента триплета. Физики особенно заинтересованы в этом семействе частиц, поскольку большая разница масс между кварками может дать полезное представление о сильном взаимодействии, которое связывает кварки вместе в составные частицы.
Коллаборация LHCb обнаружила первый из этих дважды очарованных барионов в 2017 году, а второй — в начале этого года. Теперь, спустя 50 лет после первого предсказания, обнаружен третий и последний представитель этого семейства дважды очарованных барионов. Это открытие основано на данных, собранных в 2024 году в результате высокоэнергетических столкновений протонов на LHC. В результате этих столкновений образовались новые дважды очарованные барионы, которые являются короткоживущими, пролетая доли миллиметра в детекторе, прежде чем распасться на более стабильные частицы. Коллаборация LHCb отследила следы, оставленные этими частицами в детекторе, до точек их происхождения. Это позволило выявить характерную сигнатуру новой короткоживущей частицы с отчетливой массой, примерно в четыре раза превышающей массу протона.
Но история еще не закончена. В будущих исследованиях будут использованы последние данные эксперимента LHCb для точных измерений свойств этой новой частицы, включая ее массу и время жизни, а также для уточнения свойств других дважды очарованных барионов. Кроме того, еще предстоит наблюдать возбужденные аналоги этих частиц, а также новые барионы, содержащие кварки красоты, либо вместо очарованных кварков, либо в дополнение к ним.
Поскольку LHC теперь превращается в LHC высокой светимости, эксперимент LHCb планирует масштабную модернизацию своих детекторов в 2030-х годах. Исследователи надеются, что это позволит обнаружить многие из этих ранее не выявленных частиц.