Физики создали самую долгоживущую частицу экзотической материи

Ученые из крупнейшего в мире разрушителя атомов обнаружили самую долгоживущую частицу экзотической материи из когда-либо наблюдавшихся, и она вдвое превосходит все обнаруженное на сегодняшний день.

Физикам еще предстоит вникнуть в загадочную природу этой новообретенной частицы, называемой тетракварком с двойным очарованием, но это действительно странная смесь, содержащая необычную комбинацию двух частиц материи и двух частиц антивещества. А вдвойне очаровательная частица настолько странная, что мы даже не знаем, как ее части слипаются.

Частицы, которые объединяются в тетракварк, кварки, являются одними из самых основных строительных блоков материи и бывают шести различных типов, каждый со своей массой и зарядом. Хотя физики открыли много тетракварков в последние годы, это самое последнее добавление - смесь двух очарованных кварков и двух кварков антивещества - является первым "дважды очарованным" кварком, что означает, что оно содержит два очарованных кварка без каких-либо очаровательных антикварков, чтобы уравновесить их.

Что касается того, как кварки расположены внутри нового тетракварка: все частицы могут быть склеены вместе одинаково, они могут быть двумя парами кварк-антикварк, свободно перемешанными в "молекулу", или они могут быть странной смесью того и другого.

Поскольку кварки не могут существовать сами по себе, они сливаются в различные "рецепты" частиц, называемые адронами. Смеси трех кварков называются барионами, такими как протон и нейтрон, а смеси кварков и их противоположностей из антивещества называются мезонами.

Но не существует твердого правила, согласно которому кварки должны существовать только парами или тройками. Крис Паркс, физик из Манчестерского университета в Англии и представитель эксперимента LHCb, сказал, что теории предсказывали существование адронов, содержащих более двух или трех кварков, с начала 1960-х годов, но только в последние годы физики заметили эти адроны. комбинации ненадолго мигают в существование. Первый обнаруженный тетракварк был обнаружен в 2003 году в эксперименте Belle в Японии. С тех пор физики открыли целую серию четырехкварковых адронов, а в 2015 году они обнаружили еще два, классифицированных как "пентакварки", которые содержали пять.

Эти более редкие и необычные комбинации кварков известны как экзотические частицы, и они обладают необычными свойствами, которые могут помочь физикам лучше понять или даже переписать правила, регулирующие материю.

Хотя экзотические частицы являются привлекательными объектами для изучения, их невероятно короткое время жизни затрудняет их изучение. Сравнительно "долгая" продолжительность жизни тетракварка с двойным очарованием (с научной точки зрения обозначаемого как Tcc +) заставляет его появляться в Большом адронном коллайдере (LHC), самом большом в мире ускорителе частиц, на немного дольше, чем одну квинтиллионную долю секунды, прежде чем он появится. по словам исследователей, распадается на более легкие частицы.

Тем не менее, тетракварк с двойным очарованием имеет более длительный срок службы, чем большинство экзотических частиц. Такой долгий срок службы, а также тот факт, что более мелкие частицы, на которые он распадается, относительно легко обнаружить, делают его идеальным кандидатом для физиков, желающих проверить существующие теоретические модели или исследовать ранее скрытые эффекты.

Физики на LHC обнаружили новый тетракварк с помощью «охоты на неровности», метода, который с 2009 года выявил 62 новых адрона, включая знаменитый бозон Хиггса в 2012 году. взаимодействия регистрируются каждым из детекторов LHC. После того, как весь фоновый шум и сигналы от известных взаимодействий были исключены, любой неожиданный всплеск показаний системы может дать важную подсказку о том, что произошло что-то более необычное. По словам Паркса, поиск на ухабах может занять от двух до трех лет.

Обычно тетракварки распадаются под действием сильного взаимодействия - одной из четырех фундаментальных сил природы, - но им не обязательно распадаться таким образом. Хотя Tcc + действительно распадается под действием сильного взаимодействия, физики думают, что это может указать путь к еще не открытому тетракварку, которому запрещено разрушаться таким образом. Теоретически один неоткрытый двоюродный брат Tcc + по имени Tbb (который содержит два нижних кварка вместо двух очарованных кварков) должен распадаться только из-за слабого взаимодействия, что дает ему продолжительность жизни на порядки больше, чем у Tcc + или любого другого кварка.

Но поскольку Tbb найти намного сложнее, чем любой другой обнаруженный тетракварк, физикам, вероятно, понадобится более мощный детектор, чтобы его уловить. Данные, использованные для поиска Tcc +, были получены из двух предыдущих периодов работы LHC в сети, и Паркс считает, что маловероятно, что данные этих прогонов дадут сигнал о неуловимом Tbb. Вместо этого исследователи планируют искать частицу в данных из нового запуска, используя модернизированный детектор, который начнется в следующем году.

Новый детектор позволит накапливать сигнальные события в пять раз быстрее, чем ученые привыкли в последние годы.

Напомним, ранее сообщалось, что физики смогли получить антиматерию при помощи лазера.

Источник