Физики объявили об обнаружении новой элементарной частицы – резонанса прелестно-странного кси бариона на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. 

В настоящее время открытие новых элементарных частиц уже не представляет собой столь значимое событие, как это было более полувека тому назад, тем не менее, такие события продвигают физику в понимании фундаментальных взаимодействий частиц и их свойств, позволяют выбрать наиболее адекватные модели, описывающие характеристики частиц.   

Схема распада возбуждённого прелестно-странного бариона на основное состояние и два пиона (зеленые линии) с противоположными знаками. В свою очередь основное состояние распалось на J/ѱ, L и К– частицы, далее J/ѱ – на два мюона (красные линии), а Λ – на протон и пион (синяя и голубая линии). K– обозначен желтой линией.

Один из вариантов топологии распада. Треки заряженных частиц искривляются в присутствии магнитного поля CMS. 

Детектор CMS построен вокруг огромного цилиндрического магнита, который генерирует поле в 4 тесла, что примерно в 100000 раз больше магнитного поля Земли. Масса детектора свыше 14 000 тонн, длина 21 м, ширина 15 м и высота 15 м.  

Международная коллаборация CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН, в которой широко представлены российские исследователи, сообщила об обнаружении новой элементарной частицы. Она представляет собой орбитальное возбужденное состояние (резонанс) прелестно-странного кси бариона, получившее обозначение Ξb(6100)– (произносится: «кси бэ минус барион»). В скобках указана масса новой частицы 6100 МэВ. В работе были использованы данные протон-протонных столкновений, полученные на Большом адронном коллайдере в 2016–2018 годах. Результаты исследования будут опубликованы журнале Physical Review Letters, а с препринтом статьи можно познакомиться на сайте arxiv.org.

Барион – это элементарная частица, состоящая из трёх кварков. Знакомыми всем представителями барионов служат протон и нейтрон, образованные из верхних (up) и нижних (down) кварков. Они совместно с электронами формируют всё стабильное видимое вещество нашей Вселенной. Семейство прелестно-странных кси барионов состоит из верхнего или нижнего, а также странного (strange) и прелестного (beauty) кварков. Эти частицы живут короткое время и отсутствуют в окружающем нас стабильном мире. Однако они могут быть получены в экспериментах по физике высоких энергий (в частности, в протон-протонных столкновениях) на Большом адронном коллайдере и обнаружены по продуктам их распада с помощью детекторов частиц, таких как эксперимент CMS.  

Частицы с одинаковым кварковым составом могут иметь разные характеристики (массы, квантовые числа и др.) за счёт энергии спинового, радиального или орбитального возбуждения. Такие частицы называются резонансами. Первые Ξb– барионы массой около 5800 МэВ были получены на ускорителе Теватрон Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США) более десяти лет назад. Несколько резонансов с массами около 5950 и 6227 МэВ были уже найдены и на БАК. В данном исследовании найден ещё один резонанс по распаду на Ξb– барион в основном состоянии и два пи-мезона. 

Важнейшая часть нового анализа – надёжная реконструкция частиц, на которые распадаются новые барионы. Характерная черта этих распадов в том, что они происходят каскадно, поэтому Ξ иногда даже называют каскадным барионом. В магнитном поле, создаваемом сверхпроводящим соленоидом, в честь которого назван эксперимент CMS, заряженные частицы (протоны, мюоны, заряженные каоны и пионы) оставляют искривлённые дорожки. Причём распадающиеся частицы существуют достаточно долго, чтобы вершины их распада были значительно удалены от места рождения. Эти вершины и были идентифицированы с помощью очень точного отслеживания детекторами эксперимента CMS.

Сильное взаимодействие отвечает за взаимодействие между кварками и может использоваться для предсказания образования барионов в квантовой хромодинамике – части Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако в ней существует множество различных теоретических моделей, рассчитывающих свойства (массу, естественную ширину, квантовые числа, моды распада и т. д.) возбуждённых состояний. Исследователи надеются, что новый барион внесёт существенный вклад в понимание сильного взаимодействия, свойств частиц и позволит пролить свет на различие между моделями. В дальнейшем это позволит теоретическим моделям лучше рассчитывать свойства адронов и построить более точную картину их энергетических уровней (спектроскопию). 

Спектроскопия адронов, содержащих прелестные кварки, до сих пор скрывает много секретов. Во время прогона 3 на LHC, который запланирован на начало 2022 года, будет собрана новая большая выборка статистических данных. Ещё в десять раз больше данных появится, когда в 2027 году будет запущен LHC с высокой светимостью. Физики от них ожидают новых результатов.

Компактный мюонный соленоид (CMS – Compact Muon Solenoid) — один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц на Большом адронном коллайдере в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН). В коллаборацию CMS, которая построила детектор и в настоящее время (конец 2019 года) работает с ним, входят около 5000 человек из 200 научных организаций в 50 странах. Это один из крупнейших международных научных совместных проектов в истории. Россию в нём представляют исследователи из МФТИ, МИФИ, ФИАН, ОИЯИ, ИТЭФ, НИЯФ, ИФВЭ, Новосибирского государственного университета и Томского политехнического университета. 

obnaruzhena_novaya_elementarnaya_chastica_001.png 
Один из вариантов топологии распадов. ​Треки заряженных частиц ​искривляются в присутствии магнитного поля CMS. 

obnaruzhena_novaya_elementarnaya_chastica_002.jpg 
​Детектор CMS построен вокруг огромного цилиндрического магнита, который генерирует поле в 4 тесла, что примерно ​в 100 000 раз больше ​магнитного поля Земли. Масса детектора свыше 14 000 тонн, длина 21 м, ширина 15 м, высота 15 м.

По материалам пресс-релизов МФТИ и ЦЕРН.


Автор: Алексей Понятов 

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Источники

Обнаружена новая элементарная частица
Наука и жизнь (nkj.ru), 05/03/2021
Обнаружена новая элементарная частица
Научный портал MSAU.RU, 27/05/2021

Похожие новости

  • 31/07/2018

    «Академгородок 2.0» может стать первым в России субъектом нового федерального закона

    ​На совещании в Новосибирске с участием министра науки и высшего образования РФ Михаила Михайловича Котюкова обсуждался ход выполнения поручений главы государства по развитию научного центра. Министр назвал Новосибирск «одной из ключевых точек на научной карте страны» и обозначил общую задачу: «…перезагрузить треугольник Лаврентьева в сегодняшних экономических, правовых и других реалиях».
    1686
  • 28/05/2020

    «Академгородок 2.0» — в борьбе с коронавирусом

    ​Ученые Новосибирского научного центра, «Вектора» и институтов СО РАН находятся на передовой в борьбе с коронавирусом. Например, 26 мая сотрудники Института цитологии и генетики продемонстрировали результаты своей работы над созданием трансгенных мышей для испытания вакцин и препаратов от COVID-19.
    1094
  • 29/02/2016

    Планируется масштабная застройка Академгородка

    ​Сразу несколько мегапроектов застройки новосибирского Академгородка и его окрестностей были представлены публике за последний месяц. Технопарк, клиника Мешалкина и НГУ одновременно решили масштабно застроить Академгородок и его окрестности - здесь появятся несколько новых городков на десятки миллиардов.
    4214
  • 08/08/2020

    «Академгородок 2.0» будут копировать и масштабировать

    ​​​Новосибирскую программу перезапуска развития территории с повышенной концентрацией науки и инноваций берут в другие регионы. Пожалуй, наиболее востребованная новость из недавней рабочей поездки в Новосибирск министра науки и высшего образования Валерия Фалькова была про увеличение бюджетных мест в вузах региона.
    1709
  • 27/05/2019

    Ученые Академгородка представили первые результаты лечения онкобольных при помощи БНЗТ

    ​О подтвержденной эффективности БНЗТ при различных типах злокачественных опухолей человека исследователи рассказали на конференции в Новосибирске. С докладом выступил завлабораторией БНЗТ Физического факультета НГУ, доктор физико-математических наук, доцент Сергей Таскаев.
    2706
  • 12/10/2020

    90 лет со дня рождения Юрия Ефремовича Нестерихина

    ​Академик РАН (АН СССР), профессор, доктор физико-математических наук, специалист в области экспериментальной физики и физики плазмы. С 1967 по 1987 гг. – директор ИАиЭ СО АН. Родился 10 ноября 1930 г.
    593
  • 18/06/2020

    Более 400 специалистов необходимо для работы ЦКП «СКИФ»

    ​В рамках реализации проекта ЦКП «СКИФ» сформировано предварительное штатное расписание, то есть состав и примерная численность сотрудников, которые потребуются при эксплуатации Центра. По предварительным оценкам, необходимо более 400 сотрудников, в первую очередь, физиков и специалистов инженерно-технического профиля – их подготовят в Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ НЭТИ) и Новосибирском государственном университете (НГУ).
    1226
  • 09/01/2020

    28 молодых ученых СО РАН получили поддержку правительства Новосибирской области

    ​​Перед Новым годом подвели итоги конкурсов, направленных на поддержку научно-исследовательской деятельности молодых ученых. В правительстве региона были вручены дипломы лауреатам конкурсов именных премий, именных стипендий и грантов.
    1882
  • 19/07/2016

    Из новосибирского Академгородка отправили письма одаренным школьникам

    ​Руководство Специализированного учебно-научного центра (СУНЦ НГУ) при Новосибирском госуниверситете завершило рассылку писем талантливым школьникам. Умных подростков из России и ближнего зарубежья зовут учиться в новосибирский Академгородок.
    1986
  • 22/08/2019

    Академгородок. 1990-е. Эпоха Коптюга

    Бурные события рубежа 1980—1990-х, которые переживала наша страна, в полной мере отразились на деятельности Сибирского отделения РАН. На долю его лидера, академика Валентина Афанасьевича Коптюга, выпало непростое испытание: во что бы то ни стало сохранить потенциал сибирской науки.
    1655