20 години търсят баланса в модела на кварките
Откритията в субатомната физика на големия адронен колайдер не спират с хиксбозона. Учените в ЦЕРН обявиха, че чрез експеримента LHCb са засекли двойно чаровна частица, която е като протон, но е четири пъти по-тежка.
Чаровните частици са открити още през 1964 г. от физиците Шелдън Гласноу и Джеймс Бьоркен. Наричат ги така, защото те отразяват симетрията, красотата и магията, които внасят в кварковия модел. Преди това са известни само три вида кварки - горна, долна и странна. Точно странната прави модела дисбалансиран. Така четвъртият вид носи симетрия, която физиците смятат за елегантна или чаровна. Според Гласноу тези частици са “магия срещу злото”, защото спирали разпада, който е бил предвиден в трикварковата теория, но така и не се случва в природата. Интересното е, че те са открити 10 години след теорията за тях, и то едновременно от два екипа физици. По природа са мезони (кварка плюс антикварка) или бариони (с очарователна частица).
Откритата в ЦЕРН частица вече носи името кси-сиси-плюс
Тя съществува за по-кратко време от премигване, но самото знание, че съществува и колко е тежка, дава на физиците смисъл точно как се образува материята.
Откриването на този барион маркира и нова ера за екипа на LHCb. “Това е първата нова частица, идентифицирана след подобряването на детектора, което бе завършено през 2023 г.”, казва говорителят на проекта Виченцо Ваньоли.
Откритието решава и над 20-годишна мистерия. През 2002 г. физици, които работят във “Фермилаб” в Илинойс, засичат намек за частица, която може би е кси-сиси-плюс. Но тя е доста по-лека от това, което ѝ е определила теорията. И нивото на увереност за откритието пада под стандарта 5-сигма за субатомната теория.
През 2017 г. екипът на LHCb откри подобен барион, известен като кси-сиси-плюс-плюс. Физиците очакваха новата кси-сиси-плюс да има подобна маса. И последните публикувани наблюдения потвърждават подобни очаквания с ниво на увереност от ниво 7-сигма.
Нивата сигма измерват процесите, като показват броя стандартни девиации
Така ниво 1-сигма се смята за доста зле, като това е вероятност от 68,27%, или 317 300 дефекта на 1 милион. Всичко над ниво 6-сигма (99,9999998%, или 0,002 декета на милион) се смята за идеално.
Големият адронен колайдер сблъсква протони при скорост, близка до тази на светлината, и четири детектора, включително LHCb, събират данни, за да могат учените да разберат как всички субатомни частици са събрани.
Протоните и други типове частици в категорията адрони съдържат кварки, които са свързани от мощна атомна сила, една от четирите фундаментални във физиката.
Кварките имат шест “вкуса” и различните им комбинации дават различни типове адрони. Например протоните са от две горни и една долна кварка. Двойно очарователният кси, който бе открит преди, е доста по-тежък, защото има две тежки очарователни кварки и една горна, докато новият кси-сиси-плюс има две очарователни и една долна кварка.
“Въпреки че са подобни, новата частица има очакван живот шест пъти по-къс от това на предшственика си заради сложни квантови ефекти. Това я прави доста по-сложна за засичане и наблюдване”, обяснявят от ЦЕРН.
ЦЕРН подчертава, че вече броят открит при негови експерименти е 80. Най-известната частица е адрон. Това е хиксбозонът, фундаментална частица, която бе открита през 2012 г. Това откритие запълни най-голямата празнина в стандартния модел на физикта на частиците. Появата на кси-сиси-плюс не е толкова важна, но според Ваньоли открива нови граници на физиката.
“Резултатът ще помогне на теоретиците да тестват модели от квантовата хромодинамика, теорията за голямата сила, която събира кварките не само в конвенционални бариони и мезони, но в по-екзотични адрони като тетракварки и пентакварки”, допълва той.
А в колайдера не са приключили.
В момента върви подобрение, което е известно като “висока светимост”,
като то ще увеличи капацитета на ускорителя по 10 в сравнение с оригиналното ниво. Като всичко приключи през 2030 г., физиците ще могат да навлязат доста по-задълбочено в старите си открития и да навлязат в нови граници на науката.
“Ние ще търсим за пукнатини в теорията ни”, казва директорът на нидерландския институт за субатомна физика Йорген д'Хонт пред VRT NWS. “Започваме да разбираме сблъсъците по-добре и по този начин получаваме нови методи за изследване на непозната територия”, допълва той.
