В конце февраля этого года мир узнал, что коллаборация LHCb (CERN), в которую входит более десяти российских научных организаций, в том числе Институт теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова НИЦ «Курчатовский институт» (ИТЭФ), Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), Новосибирский государственный университет (НГУ), обнаружила редкий чармоний — частицу ψ3(1D).

Новое состояние c-кварка и анти-c-кварка закрыло один из пробелов в кварковой модели. Результаты эксперимента были обнародованы на Международном совещании по электрон-позитронным столкновениям в области энергии от Phi до Psi, проходившем в ИЯФ СО РАН (Новосибирск).

Иван Беляев — сотрудник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник ИТЭФ, кандидат физико-математических наук.

 

Когда специалист видит название ψ3(1D), что он сразу же понимает об объекте?

— Название частицы — это ее паспорт. Взглянув на «паспортные данные», специалист сразу же понимает, что она собой представляет: из чего состоит, какими свойствами обладает.

«ψ3» говорит о том, что эта частица состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, спин ее равен трем и суммарный спин кварка и антикварка равен единице, «1D» говорит о том, что это самая легкая среди всех частиц, у которых есть орбитальный момент, равный двум.

Оговорюсь, что для нашей ψ3(1D) все это пока только гипотеза — она мало измерена. Мы знаем, что в ней есть очарованный кварк и очарованный антикварк, что они вращаются не слишком медленно, а  масса частицы — 3843 мегаэлектронвольта.

В данный момент ψ3(1D), обнаруженная в эксперименте LHCb, находится в пограничном состоянии. С одной стороны, да, кварковая модель предсказывает похожую частицу — с такой же массой и скоростью вращения кварков.

Но, кроме массы и времени жизни, мы ничего точно не знаем о новом состоянии с-кварка и анти-с-кварка. Для правильной интерпретации необходимо измерить спин частицы и ее другие квантовые числа — в частности, четность.

С другой стороны, если удастся измерить квантовые числа и они не совпадут с предсказаниями кварковой модели, наша частица может оказаться и экзотической, то есть не вписывающейся в кварковую модель. Если так, то мы совсем ничего о ней не знаем.

 

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику 

Сигнал от частицы ψ3(1D) эксперимента LHCb / ИЯФ РАН

 

Пока нам кажется, что мы понимаем ее. Но физики не любят говорить «нам кажется», другое дело — «мы измерили». Чтобы окончательно понять, что собой представляет ψ3(1D), нужно изучать ее дальше.

Сколько времени уйдет на полное понимание ψ3(1D), сказать трудно. Думаю, в обновленной Partical Data Book (реестре, куда заносятся все обнаруженные частицы), которая выйдет в 2020 году, она будет записана как "X(3842) (техническое название) — частица, похожая на ψ3(1D)". А в 2022-м, готов заключать пари, про нее уже многое будет известно.

 

Чем уникален проект LHCb и какой вклад внесла в него группа Института теоретической и экспериментальной физики?

— Эксперимент LHCb сильно отличается от других скоростью обработки данных. Обычно данные по полной статистике в экспериментах, подобных ATLAS или CMS на Большом адронном коллайдере, получают через два года.

Такой длительный период характерен для большинства проектов, связанных с набором большого массива статистики.

От ИТЭФ в эксперименте LHCb участвует группа из семи человек — всего лишь 0,8% авторского состава, но при этом мы опубликовали 9% всех физических работ. Одна из задач, решением которой мы особенно гордимся, — создание программ обработки данных, которые повысили эффективность работы физиков.

Наш инновационный подход позволяет проводить анализ данных в режиме онлайн, отбирать только нужные события и получать первую статистику уже через два месяца.

Показателен пример с частицей ψ3(1D): набор данных по нашему эксперименту завершился в ЦЕРН в конце октября 2018 года, а уже в конце февраля 2019-го в ИЯФ СО РАН мы представили материалы по полной обработке данных. Это небывалая вещь.

 

Сегодня много говорят о потере личности в научных открытиях, в том числе в области физики частиц — установки становятся такими огромными и сложными, что одному человеку с ними просто не справиться, вот и список соавторов научных статей растет. Справедливо ли это?

— Что касается инженерной части — вполне справедливо. Раньше эксперимент проводился «на столе», такого количества технических задач просто не было. Сегодня установка может строиться 20–30 лет, за которые специалистам инженерно-технического профиля нужно будет решить массу нетривиальных задач.

Было бы неправильно не учитывать эту колоссальную по сложности работу. В любом крупном эксперименте очень ценится вклад инженеров, и, разумеется, они становятся соавторами научных статей.

 

Существует ли сегодня в экспериментах по физике частиц тренд на переход с высоких энергий на более низкие?

— Тренд есть, но он вынужденный. Придумать отклонения от Стандартной модели при высоких энергиях очень просто — у теоретиков жуткое количество интересных и привлекательных идей.

Но для этого требуются гигантские машины, создание которых технически не всегда осуществим и требует больших финансовых вложений сразу нескольких стран. Получается, то, что теоретикам проще посчитать, экспериментаторам сложнее измерить.

 

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику 

Детектор LHCb / Maximilien Brice, CERN

 

Ускорители на низких энергиях доступнее. Но здесь принцип дополнительности действует в обратном направлении: то, что проще сделать экспериментально, сложнее описать теоретически.

Существующий сегодня тренд обусловлен человеческими возможностями.

Но на самом деле, если говорить в общем, любой научный проект окупается. Возьмите, к примеру, синхротронное излучение (СИ), которое изначально мешало физикам в экспериментах на коллайдерах.

Сегодня СИ используется в современных биотехнологиях, создании высокотехнологичных материалов с уникальными свойствами, медицине. Протонные и ионные ускорители используются для лечения различных форм опухолей, преимущественно головного мозга — это уже не фантастика, а истории из жизни людей, которым они помогли.

 

Ученые подтверждают Стандартную модель с таким же рвением, как и ищут явления Новой физики, чтобы эту же Стандартную модель опровергнуть — все это чтобы разобраться в том, как устроена Вселенная. Как вам кажется, какие проекты при успешной реализации помогут человечеству понять мироздание?

— Один из проектов, полный научной дерзости, перед организаторами которого можно снять шляпу только за одну идею, — проект электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика ИЯФ СО РАН.

Мы знаем, что Вселенная не симметрична, иначе бы не возник тот мир, в котором мы живем. В какой-то момент ее зарождения вещества стало больше, чем антивещества. До конца 1990-х ученые были уверены, что эту асимметрию можно измерить при распаде B-мезонов (эксперименты BaBar, Belle).

Измерения показали, что возможно объяснить только одну миллиардную от наблюдаемой Вселенной — разумеется, это лучше, чем ноль, но все же мало.

Еще в конце 1960-х итальянский и советский физик Бруно Понтекорво выдвинул идею, что нарушения СР-асимметрии могут быть обнаружены в лептонном секторе (в тау-лептонах, в частности), но на тот момент предположение признали хоть и красивым, но все же маловероятным.

Сегодня — с тем объемом накопленных знаний по физике нейтрино, тяжелых лептонов — я верю, что амбициозная задача, которую поставили в ИЯФ СО РАН, — объяснить одну треть от наблюдаемой Вселенной — может быть решена.

 

Подготовила Татьяна Морозова, ИЯФ СО РАН

Источники

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику
Naked Science (naked-science.ru), 19/03/2019
Зачем ученые ищут Новую физику
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 19/03/2019
Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику
PRoAtom (proatom.ru), 20/03/2019

Похожие новости

  • 25/10/2016

    Экспериментальная установка покажет, как бороться с перегревом термоядерного реактора

    Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и ОИВТ РАН создали экспериментальный стенд РК-3, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и других термоядерных реакторов-токамаков.
    1419
  • 27/03/2019

    Эксперимент в ЦЕРН подтвердил существование редких многокварковых состояний

    Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), 26 марта на конференции Moriond QCD объявила об обнаружении в распадах Λb-бариона трех пентакварков – «экзотических» структур, состоящих из пяти кварков.
    134
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    2239
  • 15/05/2018

    Новый российский гибридный реактор соберут в Курчатовском институте к концу года

    ​Гибридный реактор, который может в перспективе заменить АЭС, ученые научно-исследовательского центра Курчатовский институт соберут к концу 2018 года, физический пуск установки запланирован на 2020 год.
    529
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1549
  • 26/08/2016

    Ученые СО РАН представили результаты работы на Международной конференции в области высоких энергий

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН приняли участие в 38-й Международной конференции в области физики высоких энергий в Чикаго (ICHEP-2016).
    2585
  • 11/05/2017

    Курчатовский институт выделит средства на постройку рентгеновского лазера

    Курчатовский институт выделит 700 млн. руб. на постройку Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL).  "В целях выполнения международных обязательств Российской Федерации в связи с ее участием в конвенции от 30 ноября 2009 года о строительстве и эксплуатации установки Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах, федеральному государственному бюджетному учреждению Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" в 2017 году обеспечить частичное финансирование оставшейся части целевого взноса Российской Федерации на строительство установки Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах.
    858
  • 16/04/2019

    Как синхротронное излучение помогает науке

    ​Половина Нобелевских премий в молекулярной биологии за последние 20 лет отдана синхротронному излучению (СИ). Ученый Анатолий Снигирев рассказал, как получают рентгеновские лучи необходимых параметров и в чем преимущество проектов источников СИ четвертого поколения, реализуемых в России.
    115
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    1229
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    320