LHC vėl turi naujienų: surasta nauja dalelė, kurią numatė kvarkų teorija, bet niekaip nepavykdavo surasti

Remiantis materijos kvarkų modeliu, visus hadronus sudaro du (mezonai), trys (barionai) arba daugiau kvarkų — fundamentaliųjų Standartinio modelio dalelių. Yra šešių tipų, arba rūšių kvarkai:viršutinis (u – upper, masė 0,3 GeV), apatinis (d – down, masė 0,3 GeV), keistasis (s – strange, masė 0,3 GeV), žavingasis (c – charm, masė 1,5 GeV), žemiausiasis (b – bottom, masė 5,0 GeV) ir aukščiausiasis (t – top, masė 1756 GeV). Lengviausių kvarkų trejetai (uud) ir (udd) sudaro protonus ir neutronus. Sunkesni kvarkai irgi sudaro barionus, tačiau jie gyvuoja daug trumpiau.

Tyrinėdami tokius sunkiuosius barionus, fizikai tyrinėja kvarkus į vieną dalelę susiejančią stipriąją sąveiką. Mokslininkai lygina šiuolaikinių teorijų prognozes ir eksperimentų duomenis — kiekviena nauja dalelė suteikia galimybę atlikti naujus patikrinimus. Taip galima aptikti teorijos ir realybės skirtumus, o kiekvienas nukrypimas gali tapti žingsniu link naujos fizikos teorijos, geriau paaiškinančios aplinkinį pasaulį.

Fizikus itin domina barionai, kurių sudėtyje yra sunkių kvarkų. Žavingųjų (c), žemiausiųjų (b) ir aukščiausiųjų (u) kvarkų masė didesnė už protono (nuo 1,2 iki 175 kartų) ir žinomuose barionuose yra ne daugiau nei viena tokia dalelė (aukščiausiasis kvarkas (t) hadronų išvis nesudaro). Tačiau kvarkų modelyje galimi barionai, kuriuos sudaro du ir netgi trys žavingieji (c) kvarkai.

Naujajame darbe LHCb fizikai parodė, kad dukart žavingasis barionas randasi, susidūrus protonams LHC. Autoriai ištyrė įvykius, kai po protonų susidūrimo susidarydavo du pionai, kaonas ir žavingasis lambda barionas — π ⁺, K ⁻, Λ⁺_c. Gimusių dalelių suminėje energijos diagramoje mokslininkai aptiko didelio lokalaus reikšmingumo (apie 12 sigma), piką, atitinkantį suskilusią į išvardintas skeveldras dalelę. Kvarkų sudėtis ir energijos atitinka ieškomą sukart žavingąjį Ξ barioną. Dalelės pėdsakai aptikti tiek Run 1 (susidūrimo energija 7 teraelektronvoltai (TeV)), tiek ir Run 2 (13 TeV) duomenyse.

2002 metais apie dukart žavingojo bariono atradimą skelbė SELEX („Fermilab“) eksperimento fizikai, tačiau mokslininkų duomenimis, dalelės savybės skyrėsi nuo teorijoje numatytų. Pavyzdžiui, ji rasdavosi gerokai dažniau, nei vienąkart žavingas lambda-barionas ir jo gyvavimo trukmė buvo dydžio eile trumpesnė. Tokios energijos dalelės kitais greitintuvų eksperimentais nepavyko. LHCb rastas barionas skiriasi nuo SELEX bariono savo mase — jis maždaug dešimtadaliu protono masės lengvesnis. Fizikai pažymi, kad tarp dalelių, kurių kvarkų rinkinys vienodas, toks masių skirtumas negalimas. Tad, tikėtina, kad SELEX aptiko ne dukart žavingąjį ksi barioną.

Yra žinomi mezonai, sudaryti iš žaviojo kvarko ir antikvarko — J/ψ mezonai, o taip pat masyvesni υ mezonai, susidedantys iš žaviųjų kvarkų ir antikvarkų. Jų atradimo istorija nepaprasta. 1976 metais Leono Ledermano (knygos apie Higgso bozoną „Dieviškoji dalelė“ autoriaus) grupė Enriko Fermi laboratorijoje aptiko dalelę, panašią į υ mezoną. Atsitiktinio sutapimo tikimybę fizikai vertino kaip 1:50. Tačiau tolesni patikrinimai parodė, kad dalelė buvo paprasčiausia statistinė fluktuacija, tad fizikai pervadino ją į „ups leoną“. Tikrą υ mezoną fizikai užfiksavo po metų.

V. Koroliov