LHC pažėrė krūvą naujienų: iš karto atrastos penkios naujos kvarkų būsenos

LHCb — ketvirtasis pagal dydį LHC eksperimentas, skirtas dalelių, kuriose yra (b) kvarkas. Šiuo detektoriumi nebuvo ieškoma Higgso bozono, tačiau juo gauti rezultatai ne menkiau svarbūs: aptikta nauja dalelių klasė — pentakvarkai, aptiktos B mezonų skilimo anomalijos. Vienas iš svarbiausių LHCb, kaip ir viso greitintuvo komplekso, tikslų, — Naujos fizikos už elementariųjų dalelių virsmus aprašančio Standartinio modelio ribų, paieškos.

Pagal Standartinį modelį, yra kelios dalelių grupės: kvarkų materija (hadronai), leptonai (neutrinai ir elektrono analogai) ir sąveikos dalelės (fotonai, bozonai). Be to, modelis nustato šių dalelių silpnąją, stipriąją ir elektromagnetinę sąveiką. Bet kokie nukrypimai nuo modelio — neprognozuoti reiškiniai arba dalelės — rodo Naujosios fizikos savybes.

Naujų dalelių detektoriuje ieškoma taip: susidūrus iki didžiulių energijų įgreitintiems protonams, susidaro daugybė trumpai gyvuojančių dalelių - „nuolaužų“. Šios dalelės skyla savo skilimo kanalais, ir sudaro dar daugiau mažesnės energijos, bet ilgiau gyvuojančių „nuolaužų“. Detektorius sugaudo visas daleles, išlėkusias tam tikru kampu iš priešpriešinių protonų spindulių susikirtimo taško. Pagal tai, kaip dalelę veikia magnetinis laukas ir kaip dalelė paveikia detektoriaus sluoksnius, fizikai gali nustatyti šių „nuolaužų“ prigimtį ir energiją.

Paskui mokslininkai atrenka įvykius, kuriuose susidarė dominančio tipo dalelių-„nuolaužų“ ir kuria energijos spektrą — įvykių skaičiaus priklausomybę nuo bendros atsiradusių dalelių energijos. Jei iš protonų susidūrimo gimė tam tikros rimties masės dalelės (arba trumpalaikės būsenos), spektre atsiranda tą masę atitinkantis energijos pikas.

Naujame darbe fizikai tyrinėjo įvykius, kurių metu rasdavosi žavieji ksi barionai (Ξ⁺_c, sudaryti iš žaviojo c, keistojo s ir viršutinio u kvarko). Tai trumpaamžės dalelės, todėl tyrėjai jas atrinkdavo pagal būdingas „nuolaužas“ — rinkinio iš protono (u, u ir d kvarkai), kaono (s ir anti u kvarkai) ir piono (u ir anti d kvarkai), o taip pat pagal atstumą, kurį ksi barionai spėdavo nulėkti nuo protonų susidūrimo vietos. Iš šio įvykių sąrašo mokslininkai atrinko tuos, kai kartu su ksi barionu susidarydavo dar vienas kaonas. Analizuoti duomenys, gauti, kai protonų susidūrimo energija buvo 7, 8 ir 13 teraelektronvoltų (Run 1 ir Run 2 pradžia).

Šie įvykiai, kaip prognozavo fizikai, atitiko neutralaus žaviojo omega bariono Ω⁰_c skilimą. Jis susideda iš dviejų keistųjų ir vieno žaviojo kvarko. Duomenys apie šios dalelės spektrą gan skurdūs. Mokslininkus domina sužadintosios dalelių būsenos: objektai, kurių kvarkų sudėtis tokia pati, tačiau didesnė vidinė energija. Panašios būsenos egzistuoja stambesnėse sistemose: branduoliuose po susiliejimo reakcijų, apšvitintuose atomuose. Sužadintųjų būsenų tyrimais galima geriau išnagrinėti stipriąją sąveiką tarp daleles sudarančių kvarkų.

Omega bariono skilimo energiniame spektre mokslininkai aptiko iš karto penkis itin didelio statistinio reikšmingumo pikus — nuo 10 iki 23 sigma (fizikoje, kad būtų galima užtikrintai pareikšti apie elementariųjų dalelių atradimą, susitarta pasiekti 5σ reikšmingumą). Tokie atvejai panašiuose tyrimuose pasitaiko itin retai. Dalelės pavadintos Ω_c(3000)⁰,Ω_c(3050)⁰,Ω_c(3066)⁰,Ω_c(3090)⁰, ir Ω_c(3119)⁰, — skaičiai žymi rezonanso energiją megaelektronvoltais.

Įdomu, kad omega barionai buvo svarbūs, sudarant dalelių kvarkų modelių sudarymui. Juo remdamasis, Murray Gell-Mannas, apdovanotas Nobelio premija „už atradimus, susijusius su elementariųjų dalelių ir jų sąveikų klasifikavimu“, numatė omega hiperiono egzistavimą ir masę. Ši dalelė sudaryta iš trijų keistųjų kvarkų ir jos masė kiek mažesnė nei naujajame darbe ištirto omega bariono.

Run 2 metu (2015-2016 m.) Didžiojo hadronų greitintuvo eksperimentai surinko daugybės 13TeV protonų susidūrimų statistiką. Pernai greitintuvo šviesis viršijo projektinį. Surinkti duomenys vis dar apdorojami — tad, tik kovo 16 dieną LHCb publikavo pirmąjį darbą, apimantį didžiąją Run 2 dalį. Dabar LHC sustabdytas techniniam aptarnavimui, kuris tęsis iki 2017 metų gegužės. Vasarą detektoriai vėl pradės rinkti duomenis.

V. Koroliov

nplus1.ru