Физики впервые зарегистрировали частицу X в условиях, имитирующих раннюю Вселенную

Пытаясь объяснить поведение Вселенной спустя считанные секунды после Большого взрыва, физики обнаружили короткоживущие частицы X, названные так из-за того, что об их природе практически ничего неизвестно.

Несмотря на то, что условий, в которых образовались эти частицы, уже давно нет в природе, их вовсю стараются воссоздать в ускорителях частиц. Получение частицы X из окружения, сколь-нибудь схожего с началом времен, должно приблизить ученых к пониманию ранней Вселенной.

Тысячи физиков из почти 200 научно-исследовательских учреждений объявили о первой в истории регистрации частицы X в результате столкновения ионов свинца.

Частицы X (3872) наблюдали и ранее, но при таких условиях, что они распадались слишком быстро, не давая исследователям возможность их изучить. Это важный момент, так как они не входят в современную кварковую модель.

Как и в случае многих других элементарных частиц, частицы X невозможно наблюдать напрямую, но в статье утверждается, что Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе зарегистрировал ожидаемые продукты распада в 2018. На анализ 13 миллиардов столкновений ионов свинца практически на скорости света ушло несколько лет.

Такие столкновения создают кварк-глюонную плазму, которая в процессе остывания создает множество частиц, и некоторые из них весьма экзотичны. Частицы X как раз-таки относятся к последним, но их было практически невозможно заметить среди прочих, гораздо более многочисленных «творений».

В обнаружении дочерних частиц распада частицы X исследователям помог специально созданный алгоритм машинного обучения. Так, ученые смогли «приглушить» фон на несколько порядков и увидеть нужный сигнал. В итоге им удалось обнаружить сто частиц X(3872), что сравнимо с обнаружением ста иголок в поистине гигантском стоге сена.

Доктор Ен-Жи Ли, MIT:

Это только начало истории. Мы показали, что можем обнаружить сигнал. В последующие несколько лет мы хотим использовать кварк-глюонную плазму для зондирования внутренней структуры частицы X, которая может изменить наш взгляд на то, какой тип материала должна производить Вселенная.

Кварки – это субатомные частицы, из которых по большей части состоит Вселенная. Слово «кварк» — это отсылка к «Поминкам по Финнегану» Джеймса Джойса, а именно к строчке: «Три кварка для Мастера Марка!», так как изначально считалось, что эти частицы всегда «ходят» по трое.

Однако несмотря на то, что нейтроны и протоны, из которых мы состоим, действительно состоят из трех кварков, дальнейшие исследования показали, что существуют также и тетракварки – частицы, состоящие из четырех кварков. Авторы надеются выяснить, X(3872) — тетракварк или нет.

Поиски частиц X(3872) свели вместе столько авторов, так как они надеются, что измерение скорости их распада покажут, насколько прочна структура этих частиц. Существующие теории допускают радиус примерно от 0,3 фемтометра (3*10-16 метра) до 1,5 фемтометра. Определение плотности связи, а значит и размера, данной и других экзотических частиц имеет решающее значение для уточнения моделей раннего состояния Вселенной.