На Великому адронному колайдері відкрили нову частинку, що складається з пари зачарованих кварків.
Колаборація LHCb (CERN, Європейська організація з ядерних досліджень), до якої входять Інститут ядерної фізики ім. Г. І. Будкера СО РАН і Новосибірський державний університет, оголосила про відкриття нової частинки, що складається з пари c-кварка і анти c-кварку.
Цей різновид чармонію отримав позначення в 3 (1D). Її експериментальне спостереження дозволило закрити один з пробілів у кварковій моделі. Результати були представлені на Міжнародній нараді з електрон-позитронних зіткнень, яка проходила в ІЯФ СО РАН з 25 лютого по 1 березня 2019 року
. Кваркова модель або квантова хромодинаміка (КХД) - частина сучасної теорії мікроміру, Стандартної моделі, що описує освіту складових частинок з кварків, «склеєних» один з одним сильною взаємодією. Кварки - фундаментальні частинки, що не мають внутрішньої структури, що володіють електричним зарядом, кратним e/3. З них складаються більш складні частинки, звані адронами, прикладами яких служать протони і нейтрони. Кварки не спостерігаються у вільному стані. Наразі відомо 6 різних «сортів» або ароматів кварків. Багато частинок кваркової моделі вже спостерігалися експериментально, і їх властивості визначені з високою точністю
. Один з видів кварків називається зачарованим і позначається буквою з (від англійської назви: charm). Частинки, що складаються з c-кварка і анти c-кварка, отримали назву чармоній. Вони належать до мезонів, оскільки складаються з рівної кількості кварків і антикварків. Як і атоми, чармоній може мати збуджені стани з різною енергією, в яких кварки знаходяться в різних квантових станах. По суті - це цілий спектр частинок з різними масами, які складаються з одних і тих же кварків. Всі ці частинки так і називають «станами чармонію». Спостереження за такими збудженими станами та вимірювання їх властивостей служить способом тестування кваркових моделей
. Першим у 1974 році було виявлено найлегший чармоній (перший стан) джі-псі мезон (J/лід-мезон). Його першовідкривачам була присуджена Нобелівська премія з фізике1976 року з формулюванням «за основоположний внесок у відкриття важкої елементарної частинки нового типу». Відтоді було відкрито вже понад 20 станів чармонію. Але все ще залишаються білі плями - частинки, які передбачаються моделлю, але не спостерігаються в експерименті. Деякі з них не можуть знайти вже багато років
. В останні роки спостерігається сплеск інтересу до чармонію після відкриття станів, які не вписуються в його звичайний спектр. Крім того, знання повної сукупності звичайних станів допомагає ідентифікувати екзотичні стани з більш ніж трьома кварками, такими як тетракварки і пентакварки, які були передбачені КХД, але виявлені тільки недавно. Знаючи всі звичайні збуджені стани, фізики можуть бути впевнені, що решта - екзотичні
. Щоб «зловити» нову частинку, колаборація LHCb вивчила розпади станів чармонію, що виникають при протон-протонних зіткненнях, в пари D-мезонів, використовуючи дані, зареєстровані в період з 2011 по 2018 роки. D-мезони - найлегші частинки, що містять зачаровані кварки. В результаті дослідникам вдалося виявити нову частинку зі значенням спина 3. Це перше спостереження стану чармонію з таким спином. Відкриття стало можливим саме зараз завдяки тому, що в експерименті на LHCb було набрано необхідну кількість статистики. Однак, незважаючи на те, що фізики повідомили про відкриття після піврічної перевірки, наявних даних недостатньо, щоб ідентифікувати частку повністю, тому необхідно продовжувати набір статистики
. Фізики збираються перевірити отриманий результат в експерименті Belle II на модернізованому колайдері SuperKEKb (Японія), в якому вивчається зіткнення електронів і позитронів. У ньому також беруть участь фахівці з ІЯФ СО РАН. Правда, в цьому випадку вони очікують, що Belle II навпаки, не побачить цю частинку. Справа в тому, що частинки зі спином 3 не повинні народжуватися в електрон-позитронних зіткненнях. 11 березня Belle II почне набір даних
. Крім участі в міжнародних колабораціях LHCb і Belle II, фахівці ІЯФ СО РАН і НГУ проводять і власні дослідження в галузі фізики елементарних частинок на прискорювальних комплексах ВЭПП-2000 і ВЭПП-4М.Наприклад, раніше на детекторі КЕДР з найкращою в світі точністю була виміряна маса J/лід-мезону. Крім того, йде інтенсивна робота над новим майбутнім проектом Супер C-Тау фабрики, який дозволить вести дослідження фізики чармоніїв на якісно новому рівні
. Примітка. LHCb (від англ. Large Hadron Collider beauty experiment) - один з чотирьох основних детекторів на Великому адронному колайдері (CERN). Експеримент проводиться для дослідження асиметрії матерії та антиматерії у взаємодіях b-кварків (чарівні або beauty кварки). LHCb допоможе відповісти на питання, що сталося після Великого вибуху, як утворився світ, в якому ми живемо сьогодні, чому в ході еволюції Всесвіту зникла антивісництво
. За повідомленнями CERN та Інституту ядерної фізики ім.Г.І. Будкера СО РАН