Физики CERN впервые обнаружили новую экзотическую частицу Bc*+ - New-Science.ru

Физики, работающие в рамках коллаборации ATLAS, объявили о первом наблюдении экзотической новой частицы, которое может углубить понимание загадок, окружающих одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. Это достижение было представлено недавно на конференции по физике Большого адронного коллайдера, где исследователи сообщили, что новая частица демонстрирует свойства, убедительно указывающие на Bc*+ мезон. Эта уникальная частица теоретически является вариацией Bc+ мезона, но в более возбуждённой форме. Данное наблюдение доводит общее число открытий новых частиц, сделанных на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, до 82. Как вновь открытый Bc+ мезон, так и более широкое семейство Bc+ мезонов состоят из нижнего антикварка и верхнего, нижнего, странного или очарованного кварка в верхней позиции. Существование таких частиц когда-то относили только к области теории, поскольку крайне малое время жизни верхнего кварка, казалось бы, препятствует их физическому существованию. Однако подтверждение существования Bc+ мезона, который обладает очарованным кварком и нижним антикварком, может помочь физикам приблизиться к пониманию загадочного сильного взаимодействия, которое наряду со слабым взаимодействием, электромагнетизмом и гравитацией составляет четыре фундаментальные силы Стандартной модели физики частиц. Даже спустя многие десятилетия физики остаются в неведении относительно некоторых характеристик сильного взаимодействия, например того, как оно способно связывать кварки вместе. Частицы, состоящие из тяжёлых кварков, предлагают физикам многообещающий способ проверки различных теорий о том, как функционирует сильное взаимодействие, а Bc+ мезоны имеют особое значение в таких усилиях, поскольку они обеспечивают путь для разгадки того, что именно удерживает эти частицы вместе. Согласно недавнему пресс-релизу ЦЕРНа, новая частица была порождена во время чрезвычайно высокоэнергетических протон-протонных столкновений на Большом адронном коллайдере. Прежде чем распасться на Bc+ мезон и фотон, новая частица была успешно наблюдаема, пусть и в течение очень короткого времени. По словам исследователей из ЦЕРНа, обнаружение фотона, совпадающего по свойствам с распадом, связанным с Bc+ мезоном, могло бы стать тем самым решающим доказательством, которое продемонстрировало бы существование Bc*+ мезона. Ключевая проблема, с которой в настоящее время сталкиваются физики, связана с массой этой частицы: предполагается, что масса этой частицы будет лишь незначительно больше, чем у Bc+ мезона. Из-за этого фотон, который должен возникать при распаде в момент генерации частицы, обладал бы настолько малой энергией, что его было бы невозможно различить с помощью любых обычных методов. Чтобы преодолеть это, исследователи попробовали другой подход: они решили заглянуть в трековый детектор ATLAS в поисках фотона, превращающегося в электрон-позитронную пару. Теоретически, в результате первичного протон-протонного столкновения возникли бы эфемерные, тесно расположенные треки заряженных частиц. Эти треки могут иметь поперечный импульс всего 100 МэВ, что значительно ниже тех, которые обычно изучаются в анализах ATLAS. Это потребовало от исследователей применения специальной процедуры восстановления треков, чтобы успешно реконструировать фотоны и, таким образом, идентифицировать Bc*+ мезон. По словам исследователей, измеренная разница между массами Bc*+ мезона и Bc+ мезона составляет 64,5 ± 1,4 МэВ, что полностью укладывается в ожидаемые диапазоны, основанные на текущих теоретических моделях. Хотя различия и попадают в ожидаемые диапазоны, исследователи коллаборации ATLAS отметили, что наблюдаемые различия незначительно отличаются от современных высокоточных вычислений этих значений. Тем не менее, это открытие предоставляет более чем достаточно данных, чтобы помочь расширить существующие теории и в конечном итоге позволить физикам получить новое понимание загадочного сильного взаимодействия. «Этот результат даёт ценную новую информацию для теоретических моделей, описывающих массы частиц, содержащих более тяжёлые кварки, и поможет улучшить понимание сильного ядерного взаимодействия», — заявили исследователи.