Источник изображения CERN

На Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе зафиксировали рождение новой частицы. Это более тяжелый аналог протона, в состав которого входят два очарованных кварка.

Как все помнят, протоны и нейтроны относятся к барионам. Каждый барион состоит из трех фундаментальных субатомных частиц — кварков, которые могут быть разных «сортов» (в физике их называют ароматами). Протон, например, образуют два верхних и один нижний кварк.

Существуют и более тяжелые кварки, например, очарованные. Они тоже способны формировать барионы. Но такие необычные комбинации тяжелее и, как следствие, крайне нестабильны. Они живут ничтожно малые доли секунды и быстро распадаются на другие частицы.

В 2017 году физики коллаборации LHCb в ЦЕРНе впервые зарегистрировали один из таких экзотических барионов. Частица с запоминающимся названием Xicc++ состояла из двух очарованных кварков и одного верхнего и просуществовала всего одну триллионную долю секунды. Теперь исследователи LHCb обнаружили «сестру» этой частицы, тоже наполненную очарованием, — Xicc+. Вместо верхнего кварка в ее составе — нижний, что делает ее более тяжелым родственником протона.

Согласно теоретическим расчетам, время жизни Xicc+ должно быть в шесть раз короче, чем у Xicc++, что делает ее обнаружение почти непосильной задачей. Возможным оно стало после только после модернизации детектора LHCb, которая позволила проводить более чувствительные поиски. Достоверность открытия превышает 7σ. Для официального признания, напомним, достаточно пяти сигм.

«Само по себе обнаружение этой частицы — событие долгожданное, ведь Xicc+ искали очень давно. Но этот успех также наглядно демонстрирует потенциал модернизации БАК. Проанализировав данные всего за один год, мы смогли увидеть то, что было недоступно при изучении за десять лет работы оборудования предыдущего поколения», — говорит профессор Крис Паркс из Манчестерского университета.

По его мнению, наблюдение этой частицы поможет понять, как сильное ядерное взаимодействие, связывающее кварки, «склеивает» между собой более тяжелые кварки (в отличие от тех, из которых состоят протоны и нейтроны). А кроме того, открытие снимает загадку двадцатилетней давности.

В 2002 году физики эксперимента SELEX в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми в Иллинойсе сообщили, что, возможно, видели частицу, очень похожую на Xicc+. Однако ее масса оказалась гораздо ниже предсказанной теорией, а статистическая значимость наблюдения составляла всего 4,7 сигма.

«Мы наконец обнаружили эту частицу, и ее масса оказалась близка к массе ее „родственника“ Xicc++, найденного несколько лет назад, а не к той, что предсказывали данные SELEX», — объясняет Паркс.

Высокая достоверность нового открытия окончательно закрыла вопрос о массе этой частицы.

«Это очень интересное измерение, но пока не вполне ясно, что именно оно нам дает. Квантовая хромодинамика не запрещает существование такого адрона, но теперь, когда мы экспериментально подтвердили его существование, большой ясности не прибавилось», — признает профессор Хуан Рохо из Амстердамского свободного университета.

По его словам, современные теории несовершенны: они пока не могут точно предсказать, как взаимодействуют тяжелые кварки внутри барионов и какой должна быть их масса.

«В изучении подобных частиц эксперимент сейчас опережает теорию. Но не исключено, что лет через пять это конкретное измерение поможет ответить на некоторые важнейшие теоретические вопросы», — резюмирует физик.