Большой адронный коллайдер

«Частица Икс» с незапамятных времен обнаружена внутри Большого адронного коллайдера

Наша история началась с Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Согласно теории, за миллионные доли секунды после своего рождения Вселенная представляла собой плазму из элементарных частиц глюонов и кварков. Затем за очень короткий промежуток времени эта плазма остыла, а из ее частиц образовались известные нам протоны и нейтроны. Компанию им составили различные нестабильные частицы неизвестной структуры так называемые частицы Х, о существовании которых мир узнал в 2003 году. Тогда японский коллайдер Belle предоставил первые свидетельства существования X-частиц. Эти частицы, однако, распадались слишком быстро, так что изучить их структуру физикам не удалось. Теперь же ученые смогли воссоздать материю первых мгновений жизни Вселенной и наконец обнаружили загадочные частицы. Здорово, не так ли? Вот только плохо изученные частицы не вписываются в существующие модели формирования вещества.

Как проверить квантовую теорию?

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволил исследователям проводить по-настоящему удивительные эксперименты, проверяя верна ли квантовая теория. Так, с помощью БАК был обнаружен знаменитый бозон Хиггса, а обнаружение предсказанных частиц Х стало настоящим прорывом.

В поисках таинственных частиц неизвестной структуры, физики из Массачусетского технологического института (MIT) создали в коллайдере кварк-глюонную плазму, сталкивая на огромной скорости ионы свинца. Эти столкновения породили десятки тысяч самых разных частиц. Но как среди них поймать Х-частицы, которые, только возникнув, мгновенно распадаются?

Постепенно возникли частицы и взаимодействия, образующие наш Мир.

Используя методы машинного обучения для анализа более 13 миллиардов столкновений тяжелых ионов, ученые смогли точно определить 100 частиц «X» особого типа частиц под названием X (3872), названных в честь предполагаемой массы частицы. Каждое из этих 13 миллиардов столкновений, вероятно, породило десятки тысяч заряженных частиц.

Хотите знать больше о последних научных открытиях в области квантовой механики? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

С помощью программы, которая смогла просеять чрезвычайно плотный набор данных, ученым удалось выбрать ключевые переменные, которые, вероятно, были результатом распада X-частиц. Они увеличили масштаб сигналов и наблюдали пик при определенной массе, указывающий на их присутствие. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letter.

Таинственная частица откроет нам представление о самых ранних моментах существования Вселенной.

Результаты нового исследования позволят ученым заглянуть в самое сердце Большого взрыва. Кварк-глюонная плазма заполнила вселенную в первые миллионные доли секунды ее жизни, еще до того, как сформировалось то, что мы называем материей молекулы, атомы или даже протоны или нейтроны, объясняют физики.

Это интересно: Наблюдатель без наблюдателя: как отследить квантовые частицы?

Структура Х-частиц

Итак, при чрезвычайно высоких температурах триллионы градусов протоны, нейтроны и другие подобные им частицы распадаются и растворяются в высокоэнергетической суспензии кварков и глюонов (кварк-глюонная плазма). Один из методов, примененных физиками, стало столкновение тяжелых ионов: столкновение атомных ядер друг с другом на очень высоких скоростях.

Эксперименты на БАК заключались в том, чтобы разбивать тяжелые атомы свинца вместе, которые оставляли после себя следы информации в кварк-глюонной плазме ее создание стало возможным только в XXI веке, однако обнаружить в ней что-либо чрезвычайно сложно.

Никто раньше не пытался обнаружить X-частицы (3872) при столкновениях тяжелых ионов, так как это очень сложная задача, рассказали физики в пресс-релизе исследования.

Частица была создана внутри Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.

Так как ядра атомов содержат скопления протонов и нейтронов, частицы на самом деле состоят из еще более крошечных частиц кварков. Для образования более крупных частиц, кварки связываются с глюонами еще более мелкими частицами, действующими как агенты малой ядерной силы.

Читайте также: Могут ли странные квантовые объекты объяснить наше существование?

Некоторые физики полагают, что X(3872) может быть частицей с четырьмя кварками: тетракваркоми. Типичные протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но тетракварки странные, и обычно им требуются высокие энергии, чтобы оставаться вместе. В последнее десятилетие физики наблюдали другие примеры тетракварков в ускорителях частиц, подробнее можно прочитать здесь.

Частица была создана внутри Большого адронного коллайдера в ЦЕРН.

Не исключено также, что X-частицы (3872) на самом деле состоят из мезонов. Это еще один тип субатомных частиц, которые состоят из одного кварка и одного антикварка двойника кварка из антивещества. Мезоны, в свою очередь, иногда могут мимолетом оказаться на Земле.

Это происходит, когда высокоэнергетические космические лучи сталкиваются с известной нам материей. Однако более крупной частицы, состоящей из множества мезонов, физики никогда не видели.

Как объясняют авторы научной работы, если X (3872) созданы из мезонов, то перед нами признак того, что Вселенная изобиловала такими «экзотическими» частицами сразу после своего рождения. «В ближайшие годы у нас будет больше данных, и мы узнаем, какие частицы производила Вселенная в самом начале своего пути», — отмечают исследователи.

Не пропустите: Что нужно знать о новой квантовой теории времени?

Суперпозиция частиц-Х

По мнению ученых, которые не принимали участия в исследовании, частицы X(3872) могут и вовсе оказаться суперпозицией обычной пары очаровательных кварков или тетракварков, либо молекулами. К сожалению, экспериментальные неопределенности по-прежнему велики и не позволяют делать убедительные выводы сразу по нескольким причинам. Однако сам факт того, что физики смогли измерить состояние X (3872) при столкновении тяжелых ионов, является чрезвычайно важным открытием.

Явление при котором крошечные квантовые частицы находятся в двух местах одновременно, называется квантовой суперпозицией. Так как квантовая механика дисциплина сложная и мало понятная, речь в ней идет не о действиях, а состояниях. Например, когда электрон или фотон находится в суперпозиции, то делает все сразу, как бы накладываясь друг на друга будучи при этом и частицей и волной одновременно.

Теперь, определив сигнатуру X-частиц, физики могут определить ее внутреннюю структуру: протоны и нейтроны состоят из трех тесно связанных кварков, но исследователи считают, что частица X будет выглядеть совершенно иначе. По крайней мере, они знают, что новая частица содержит четыре кварка, но как они связаны сегодня неизвестно.

В будущем кварки и глюоны в плазме можно будет использовать, чтобы разбить частицу на части и посмотреть, что находится внутри.

Сейчас исследователи продолжают работу над сбором большего количества данных. «В ближайшие несколько лет мы соберем гораздо больше информации. Это расширит наше представление о типах частиц, которые в изобилии рождались в ранней Вселенной,» отмечают физики.

Этот эксперимент будет пополнен и другими данными благодаря работе космического телескопа Джеймс Уэбб. Этот новейший астрономический инструмент способен заглянуть внутрь Большого взрыва. Так или иначе, нам с вами впору готовиться к величайшим открытиям, способным объяснить сложную структуру Вселенной. Подробнее о том, как и когда Джеймс Уэбб начнет свою научную деятельность, мы рассказывали в этой статье, рекомендуем к прочтению.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Количество последних может быть разным: от нуля до нескольких десятков.

Что мы знаем о Вселенной, в которой живем? Чтобы хоть немного понять устройство окружающего мира, были разработаны мощные научные инструменты. Такие телескопы как Хаббл и Джеймс Уэбб, что начнет полноценную работу уже в июне 2022 года, в прямом смысле слова открыли нам глаза. Но изучать Вселенную можно и на Земле, например, с помощью ускорителей частиц. Ведь согласно физическим теориям, все вокруг нас (как и мы сами) состоит из невидимых глазу частиц, что работают по своим законам. Общая теория относительности Эйнштейна блестяще описывает нашу повседневную реальность, но когда речь заходит об элементарных частицах, ОТО не работает, а знаменитую Стандартную модель элементарных частиц все чаще называют неполной. Так, согласно результатам нового исследования, частица Wбозон, кажется на 0,1% тяжелее других. И если это действительно так, нас ожидает пересмотр самой успешной научной теории всех времен.

Мы это звездная пыль

Итак, существует две теории объясняющие устройство Вселенной ОТО и квантовая механика. При этом ОТО все чаще получает подтверждения за пределами нашей планеты. Так, ученым удалось поймать гравитационные волны и наблюдать за самыми таинственными обитателями космоса черными дырами.

Как и предсказывал Эйнштейн, сила притяжения огибает свет вокруг этих массивных объектов, а их столкновение порождает гравитационные волны.

Но когда речь заходит о квантовой механике, все становится странным. Например, Вселенная расширяется с ускорением, что противоречит известным законам физики и ученые пока не могут объяснить почему. И пока астрономы наблюдают за звездами, их коллеги дробят материю на атомы.

Из чего состоит атом

Атомы это мельчайшие крупицы, из которых состоит все вокруг. Как однажды сказал астрофизик Лоуренс Краусс, «атомы вашей левой руки пришли от одной взорвавшейся звезды, а атомы правой от другой». Старые звезды погибают, выбрасывая в космос множество элементов, необходимых для появления жизни. Так что мы с вами в каком-то смысле и правда звездная пыль.

Больше по теме: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

И все же мы не знаем как строительные кирпичики Вселенной взаимодействуют между собой создавая реальность. Это порождает новые вопросы, ответы на которые могут подарить ускорители частиц.

Ускорители частиц

Чтобы понять как фундаментальные строительные блоки Вселенной сочетаются друг с другом, ученые создают новые компьютерные модели. Согласно результатам измерений, полученных с помощью коллайдера частиц в Национальной ускорительной лаборатории Ферми в США, физики кое-что обнаружили. Результаты опубликованы в научном журнале Science.

Ускорители частиц класс устройств для получения заряженных частиц высоких энергий. Принцип их работы довольно прост заряженные частицы ускоряются под действием электрического поля. Первые ускорители появились в 1930-хгг. Этот ускоритель был самым мощным в мире до 2009 года, затем его заменил Большой адронный коллайдер (БАК).

Несмотря на то, что ускоритель Ферми разбил свои последние протоны десять лет назад, физики наблюдали экспериментальное открытие процесса одновременного рождения трех W-бозонов. И после длительного анализа им наконец удалось точно измерить массу этих загадочных частиц.

Ученые заявили, что определили массу W-бозона с точностью 0,01 процента, что вдвое превышает точность предыдущих попыток.

Новое открытие, как сообщают его авторы, может навсегда изменить физику, так как полученные результаты сильно отличаются от прогнозов, основанных на Стандартной модели, разработанной в 1970-х годах. В ней прекрасно все, за исключением темной материи и гравитации что они собой представляют на субатомном уровне остается тайной.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области квантовой механики? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Из чего состоит реальность?

Как известно, все элементарные частицы обладают массой. Рассчитать ее можно с помощью взаимодействия с другими частицами Стандартной модели. Дальше эту предсказанную массу необходимо сопоставить с фактическими измерениями, проведенными на коллайдере. Этой работой заняты примерно 400 сотрудников лаборатории Ферми (Fermilab).

W-бозоны это элементарные частицы, которые влияют на ядерные процессы, например, те, что происходят на Солнце. Стандартная модель гласит, что их масса связана с массой бозона Хиггса и субатомной частицы топ-кварка.

Продолжая анализировать W-бозоны, производимые коллайдером Tevatron, физики отслеживают множество ошибок, чтобы добиться беспрецедентного уровня точности в своих измерениях. Если избыточный вес W-бозонов можно подтвердить, открытие будет означать существование неизвестных науке частиц или сил. Более того, оно может привести к первому серьезному переписыванию законов квантовой физики за последние 50 лет.

Изучение настолько редких процессов позволит проверить предсказания Стандартной модели.

Полученные данные могут полностью изменить наше видение мира. Значимость бозона Хиггса покажется не такой уж и важной. Дело в том, что Хиггс хорошо вписывается в Стандартную модель в отличие от W-бозонов, отмечают авторы исследования.

Но несмотря на полученные результаты и разговоры о Новой физике, наполнять бокалы шампанским еще рано. В то время как новое измерение массы W-бозона само по себе резко отличается от предсказаний Стандартной модели, другие эксперименты не такие впечатляющие.

Читайте также: Колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Загадочные бозоны

W-бозоны вместе с Z-бозонами опосредуют слабое взаимодействие одну из четырех фундаментальных сил Вселенной. В отличие от гравитации, электромагнетизма и сильного взаимодействия, слабое взаимодействие не столько толкает или притягивает, сколько превращает более тяжелые частицы в более легкие.

Например, мюон спонтанно распадается на W-бозон и нейтрино, а W-бозон затем становится электроном и другим нейтрино. Связанное с этим субатомное изменение формы вызывает радиоактивность.

Изучение W-бозона продолжается и сегодня, так как элементарная частица может участвовать в редких процессах, в которых ученые надеются найти следы Новой физики, полагают исследователи.

За последние 40 лет в различных экспериментах были измерены массы W- и Z-бозонов. Разница заключается в том, что массу W-бозона можно предсказать, объединив несколько других измеримых квантовых свойств в уравнениях Стандартной модели.

Эксперимент ATLAS продолжит работу, чтобы наконец узнать самые большие тайны Вселенной

Так, мюон при распаде кратковременно испускает W-бозон и эта промежуточная частица может взаимодействовать с другими частицами, в том числе неизвестными нам. Авторы исследования полагают, что именно это взаимодействие с неизвестностью может искажать массу W-бозона.

Вам будет интересно: Что такое бозон Хиггса и почему ученые хотели его открыть

Расхождение полученной учеными массы W-бозона примерно в семь раз больше предсказанной. В прошлом году физики коллаборации ATLAS уточнили темпы рождения мюонов и таонов в распадах W-бозонов на одноименном детекторе Большого адронного коллайдера (БАК уже произвел больше W-бозонов, чем его предшественник).

И хотя более высокая частота столкновений в БАК усложняет анализ массы W-бозона, сбор дополнительных данных критически важен. Особенно ввиду других открытий, которые также свидетельствуют о возможном пересмотре Стандартной модели. Подробнее об этих увлекательных исследованиях, мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению. Новая физика маячит на горизонте.

Чего только не обнаружишь в Большом адронном коллайдере.

В 2008 году в Европе состоялся запуск гигантского ускорителя заряженных частиц Большого адронного коллайдера (БАК). Тогда казалось, что мир словно сошел с ума. Но не от радости за достижения современной науки, а от ужаса перед неизведанным слухи о том, что запуск БАК приведет к созданию черной дыры и неизбежному концу света распространялись с молниеносной скоростью. И сколько бы физики не объясняли, что коллайдер разгоняет элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивает их друг с другом и этот процесс не может привести к апокалипсису, истинно верующие до сих пор глаголят, что коллайдер есть начало конца. Это может показаться удивительным, но в чем-то они, вероятно, оказались правы. Новая работа ученых из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предрекает конец нашим представлениям о физике: полученные результаты указывают на новую силу природы за пределами Стандартной модели, которую ученые не понимают.

Для чего нужен БАК?

Недавно мировые СМИ сообщили о новом удивительном открытии ученых из ЦЕРН, которые зафиксировали необычные данные, способные указать на существование совершенно новой силы природы. Секрет кроется в неуловимой и нестабильной частице под названием B-мезон.

В-мезоны неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.

Но прежде чем погрузиться в подробности увлекательного эксперимента, напомним, что ученые из ЦЕРН ведут работу по разным направлениям, включая поиск антиматерии вещества с потенциально неисчерпаемым источником энергии. В 2012 году состоялось открытие «Бозона Хиггса» частицы, которая фактически связывает электроны, протоны и нейтроны. В перспективе ее открытие может привести к созданию новых систем связи и квантовых компьютеров. Работа над ними, кстати, активно ведется, о чем рассказывал мой коллега Рамис Ганиев в этой статье.

В длину гигантский ускоритель частиц достигает 100 километров, а его диаметр превышает 25 км.

Говоря об экспериментах БАК можно сказать, что физики «гоняют» элементарные частицы и сталкивают их друг с другом в попытке обнаружить новые и ранее неизученные свойства протонов, нейтронов и электронов. А в ближайшие полтора года, как отмечает The Guardian, исследователям предстоит окончательно доказать или опровергнуть существование «новой физики».

Хотите всегда быть последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News чтобы не пропустить ничего интересного!

Крупный проект БАК

Как говорится в пресс-релизе исследования на сайте ЦЕРН, во время пробегов частиц на БАКе физики тщательно изучали редчайшие распады парных кварков (B-мезонов). Оказалось, что В-мезоны распадаются на разные количества электронов и мюонов, что противоречит предсказаниям Стандартной модели. Напомним, что мюон (в Стандартной модели физики) является неустойчивой элементарной частицей с отрицательным электрическим зарядом.

Читайте также: Большой Адронный Коллайдер будет обогревать дома

Необходимо также отметить, что обнаруженные аномалии во время распада B-мезонов сегодня являются одним из основных направлений исследований крупного проекта БАК экспериментальной группы LHCb.

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает, что распады с участием различных лептонов, таких как в исследовании LHCb, должны происходить с одинаковой вероятностью. Лептонами физики называют электрон, мюон и таон, которые должны взаимодействовать с окружающим миром одинаково, с поправкой на различия в массе. Однако сравнив, как часто происходят подобные распады, участники LHCb обнаружили, что пары мюонов возникали значительно чаще, чем электроны и позитроны. Но чем можно объяснить такое несоответствие?

Пятая сила природы

Пока что ученые не уверены, но им понадобится новая сила природы, чтобы объяснить подобные аномалии. Однако отсутствие четкого объяснения порождает волнение. В ЦЕРН говорят, что экспериментальная группа LHCb продолжит изучение этой непредсказуемой разницы. Так, уже в следующем году физики обновят детектор команды и начнут запускать новые версии эксперимента.

С большим количеством результатов, которые покажут наличие той же аномалии, команда сможет подтвердить или опровергнуть существование нового вида физики. Как отметил в интервью ТАСС.Наука один из участников эксперимента LHCb, главный научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Андрей Голутвин, говорить об открытии пока рано, так как ученые получили лишь первые указания на него.

Результаты исследования ученых из ЦЕРН указывают на новую силу природы, которую ученые не понимают.

«Нужно ждать подтверждения на других установках, в первую очередь, на японской фабрике B-мезонов Belle, а также в последующих опытах на LHCb и других экспериментах БАК. При этом, на мой взгляд, уже сейчас можно сказать, что это еще более важный и интересный результат, чем открытие бозона Хиггса», пояснил Голутвин.

Изучение частиц и сил, управляющих их поведением, может привести к большим изменениям в стратегии физики элементарных частиц, в том числе и в том, как будут проводиться новые эксперименты и строиться последующие ускорители высоких энергий.

Впервые физики использовали лазерный свет (фиолетовый) для охлаждения антиматерии. Серые линии показывают движение атома антиводорода до охлаждения; синие-после.

Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсолютного нуля антиматерию и вообще-то стоят на пороге открытия Новой физики. И так как нет на свете ничего интереснее чем тайны мироздания, предлагаю ненадолго отложить дела и погрузиться в изумительный мир физики. Начнем с того, что теорию антиматерии впервые предложил английский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории Поль Дирак в 1928 году. Всего четыре года спустя его теория получила подтверждение. Сегодня мы знаем, что антиматерией ученые называют эфирную противоположность материи. Ее частицы идентичны своим материальным двойникам, за исключением их физических свойств там, где электрон имеет отрицательный заряд, его антиматериальный двойник, позитрон, имеет положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антиматерией так часто, как с обычной материей, заключается в том, что они аннигилируют друг с другом при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антиматерии в повседневной жизни.

Материя и антиматерия

Теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц называется Стандартной моделью. Если она верна, то все физические свойства и химические элементы частиц материи и антиматерии (за исключением заряда), должны были быть одинаковыми космологи полагают, что в первые секунды после Большого взрыва материи и антиматерии во Вселенной было примерно поровну. Это, однако, противоречит реальности и ученые уже много десятилетий спорят о том, почему в наблюдаемой Вселенной антиматерии нет.

Сегодня многие ученые считают, что ответ необходимо искать в малейших различиях в поведении, свойствах и устройстве частиц материи и антиматерии. Такие различия, например, могут существовать в массах протонов и антипротонов, но на сегодняшний день доказательств этой теории нет. Причина, в частности, кроется в отсутствии разнообразных инструментов для сложных манипуляций с частицами антиматерии.

Читайте также: Крах Стандартной модели колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Недавно физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в Швейцарии в рамках проекта ALPHA-2 попробовали решить проблему антиматерии с помощью специальной магнитной ловушки для позитронов и антипротонов, благодаря которым образуются одиночные атомы антиводорода.

Эксперимент ALPHA в ЦЕРН.

Антиводород простейший стабильный атом, который состоит только из частиц антиматерии, а именно антипротона и антиэлектрона (позитрона). В 1995 году 11 атомов антиводорода были получены в результате реакций в ускорителе частиц в ЦЕРН. Каждый атом существовал всего несколько десятков наносекунд.

Необходимо отметить, что с помощью так называемой магнитной ловушки, ученые уже не раз уточняли массу одиночных антипротонов и атомов антиводорода, а также измеряли их взаимодействие с гравитацией.

Как охладить антиматерию?

Разгоняя обычные частицы материи до скорости, близкой к скорости света, а затем разбивая их вместе, команда исследователей из Канады смогла создать античастицы. Затем ученые управляли и замедляли ускоряющиеся античастицы, используя чрезвычайно сильные магнитные и электрические поля. В конце концов, им удалось заключить облака позитронов и антипротонов в магнитное поле, пока те не объединились в антиводород. Когда это произошло, физики охладили антиводородное облако, взорвав его лазером. Но как вообще можно охладить что-то лазером?

Пристальное внимание к лазерам, которые используются в ALPHA-2 для измерения позитронов, антиводорода и свойств антипротонов, позволило ученым предположить, что их можно было бы использовать чтобы значительно «затормозить» движение частиц, тем самым охладив антиматерию.

В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature, физики подобрали для лазеров особую частоту работы, при которой пучки порождаемых ими частиц света активно взаимодействовали только с теми атомами антиводорода, что двигались в сторону детекторов ускорительной установки. Это позволило ученым быстро получить разреженное облако из атомов материи и антиматерии, которые двигались очень медленно и практически не сталкивались друг с другом.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и популярных технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News, чтобы не пропустить ничего интересного!

Ведущий автор исследования Макото Фудзивара стоит перед экспериментальным аппаратом ALPHA в ЦЕРН в Швейцарии.

Облучая атомы антиводорода таким образом, ученым в конечном итоге удалось охладить их на одну двадцатую градуса выше абсолютного нуля, что сделало антиматерию более чем в 3000 раз холоднее самой холодной зарегистрированной температуры в Антарктике. Также физики проследили за частиц антиводорода с фотонами (частицами света). Как отмечают авторы исследования, первое в истории охлаждение антиматерии увеличивает точность подобных измерений как минимум в четыре раза.

Это интересно: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Между тем, новые исследования в этой области должны помочь ученым раскрыть некоторые из самых больших секретов Вселенной, например, как на антиматерию влияет гравитация и реальны ли некоторые из фундаментальных теоретических симметрий, предложенных физикой.»В будущем мы хотим получить один антиатом в вакууме и разделить его на квантовую суперпозицию, чтобы он создал интерференционную картину с самим собой», объясняют авторы исследования в интервью Live Science.

Все потому, что квантовая суперпозиция позволяет очень маленьким частицам, таким как антиводород, появляться более чем в одном месте одновременно. Поскольку квантовые частицы ведут себя и как частица, и как волна, они могут интерферировать друг с другом, создавая картину пиков и впадин, подобно тому, как волны из моря движутся через буруны. Одним словом, впереди еще очень много работы, но будущее определенно точно принесет с собой серьезные изменения в нашем понимании окружающей Вселенной.

Физики открыли новую элементарную частицу двойной тетракварк

Большой адронный коллайдер, как известно, машина невероятно сложная. Среди основных задач ускорителя заряженных частиц разгон протонов и тяжелых ионов и изучения продуктов их соударений. Так что когда говорят «эти колдуны-ученые дробят материю на атомы», все действительно так, за исключением, конечно, того, что ученые не колдуны. Новое исследование, результаты которого были представлены в ходе международной научной конференции по физике, подтвердило существование ранее неизвестной частицы, которая представляет собой тетракварк экзотический адрон, содержащий два кварка и два антикварка. Это самая долгоживущая частица экзотической материи, которую когда-либо открывали исследователи, и первая, содержащая два тяжелых кварка и два легких антикварка. И прежде чем вы окончательно запутаетесь, напомним, что кварки это фундаментальные строительные блоки, из которых строится материя. Объединяясь, эти субатомные частицы образуют адроны группу, включающую знакомые протоны и нейтроны (иными словами, кварки меньше, чем просто маленькие.) Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но недавно обнаруженная частица адрона состоит из четырех, что делает ее разновидностью тетракварка абсолютно новой частицы.

Интересно, что в последние годы был обнаружен ряд так называемых экзотических адронов частиц с четырьмя или пятью кварками вместо обычных двух или трех. Новое открытие касается особенно уникального и по-настоящему экзотического адрона.

Мир элементарных частиц

Элементарные частицы, хотя и невидимы человеческому глазу, составляют как и нас самих, так и все, что нас окружает. Говоря о кварках, важно понимать, что они отличаются друг от друга массой и зарядом. Новый тетракварк первый экзотический адрон, который ученые называют очаровательным. Причина заключается в том, что два его кварка присутствуют рядом с антикварками, а вот они не очаровательны совершенно.

Кварки можно рассматривать как кирпичики Lego, поэтому просто обнаружить новую комбинацию из четырех кварков, которые ранее не наблюдались не такой уж увлекательный процесс как может показаться. Что интересно изучать, так это ТО, КАК эти частицы объединяются понимая эти процессы мы наконец сможем узнать как кварки склеиваются между собой, сообщила Фрейя Блекман, физик из Университета Врие в Брюсселе, которая не принимала участия в исследовании. Я думаю, что это очень захватывающий результат.

Кварки это строительные блоки материи. Их изучение помогает нам лучше понять Вселенную и окружающий мир.

Итак, новая частица содержит два кварка и два антикварка злые близнецы кварка, если можно их так назвать. В последние годы было обнаружено несколько тетракварков (в том числе один с двумя кварками и двумя антикварками). Новое открытие физики выделяют особенно, так как частицы, содержащие кварк и антикварк, обладают по их словам «скрытым очарованием».

Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики частиц и не только читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Почему тетракварк особенная частица?

Экзотические частицы, подобные новому тетракварку, могут создаваться в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер, но появляются и исчезают они чрезвычайно быстро. Считается, что новый тетракварк существует довольно долго, прежде чем распадется. Но «долго» в данном случае невероятно короткий период времени, за который вряд ли эту частицу можно измерить в наших, уж извините, человеческих терминах.

Продолжительно жизни нового тетракварка вероятно, немного превышает одну квинтиллионную секунды, сказал Патрик Коппенбург, физик из Голландского национального института субатомной физики и член команды LHCb в ЦЕРН.

Как и многие другие кварковые состояния, новая частица была обнаружена найден физиками с использованием метода, под названием «охота за ударами». По сути, исследователи запускают ускоритель частиц и позволяют частицам сталкиваться, следя за неожиданным количеством энергии или массы в системе. Когда они получают результаты, не синхронизированные с основным шумом системы и отфильтровав все не относящиеся к делу сигналы, у физиков появляется подсказка они наткнулись на что-то новое.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет ученым раскрывать самые удивительные тайны Вселенной.

Кстати, именно в следствие такой охоты в 2012 году был обнаружен бозон Хиггса. Подробнее о том, что представляет собой эта элементарная частица читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина.

Отметим также, что результаты, полученные с помощью БАК, способствуют пониманию физиками того, как взаимодействуют фундаментальные частицы. Что же до нового тетракварка (научно записанный как Tcc+), то он распадается медленно, так как лишь немногим тяжелее частиц, на которые он распадается. Предыдущие результаты LHCb позволили физикам-теоретикам предсказать в 2017 году, что подобный тетракварк, называемый Tbb, может быть полностью стабильным, что означает, что он вообще не распадется из-за сильного взаимодействия.

Это будет прорыв в физике элементарных частиц, если будет доказано открытие нового типа тетракварка с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками»,- отметил Руй-Линь Чжу, физик-теоретик из Нанкинского нормального университета в Китае. Новое открытие яявляется абсолютным триумфом теоретических предсказаний.

Физика элементарных частиц очень увлекательная наука.

В целом, новый эксперимент подтверждает ранее полученные исследователями выводы: «теперь мы знаем, что это частицы правят адронной вселенной», отмечают физики. Более того, открытие открывает путь для поиска более тяжелых частиц того же типа, с одним или двумя кварками. Ну а новая частица очень заманчивая цель для дальнейшего изучения.

Читайте также: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Дело в том, что частицы, на которые распадается тетракварк, сравнительно легко обнаружить, и в сочетании с небольшим количеством доступной энергии при распаде это приводит к превосходной точности определения массы тетракварка и позволяет изучать квантовые числа этой увлекательной частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить строгую проверку существующих теоретических моделей и даже потенциально может позволить исследовать ранее недостижимые эффекты. Наука, вперед!

Последние исследования предполагают существование новой фундаментальной силы природы, которая, если будет доказана, приведет к революции в современной физике

В начале этого года ряд экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) показал удивительные результаты оказалось, что кварки превращаются в другие частицы под воздействием неизвестной силы. Иными словами, полученные данные свидетельствуют о возможном существовании новой фундаментальной силы природы, что ставит под сомнение основные принципы Стандартной модели наиболее общепринятой физической теории, описывающей все, что мы знаем о материи, составляющей окружающий мир. Но так как ученые люди осторожные, говорить о «крахе Стандартной модели» или новой силе природы рано необходимо больше исследований и больше доказательств. И все же, работа физиков из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), которая предрекает скорый конец нашим представлениям о физике, вдохновила ученых из Кембриджского университета, да так, что те доказали наличие постоянной аномалии в мире мельчайших элементарных частиц: неизвестная науке сила природа действительно ожидает своего часа, чтобы объяснить квантовую гравитацию, Большой взрыв, темную материю и в конечном итоге создать Теорию всего.

Стандартная модель физики элементарных частиц

Разговоры о появлении новой физики ведутся не первый год. На самом деле, исследователи предсказывали существование Бозона Хиггса еще в 1960-х годах ХХ века, однако обнаружить частицу удалось лишь в 2012 году. Теперь же внимание физиков приковано к неуловимым и нестабильным частицам под названием B-мезон.

В-мезоны представляют собой парные нестабильные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются. Как предполагает Стандартная модель физики частиц, элементарные кирпичики материи шесть видов лептонов и шесть сортов (иногда говорят ароматов) кварков. Все вместе эти частицы называются фермионами. Все больше исследований физики элементарных частиц проводятся в ЦЕРН на БАК.

В-мезоны неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет физикам изучать взаимодействия элементарных частиц

По сути, физики из ЦЕРН заняты «прогоном» элементарных частиц и их столкновением друг с другом на Большом адронном коллайдере. Эти эксперименты позволяют обнаружить ранее неизвестные свойства нейтронов, протонов и электронов.

По мнению некоторых исследований, в ближайшие пару лет физики окончательно смогут подтвердить наличие новой силы природы. Напомню также, что Большой адронный коллайдер достигает в длину 100 километров, а диаметр этого гигантского ускорителя частиц превышает 25 км.

Подробнее о том, какие именно эксперименты позволили ученым сделать вывод о присутствии неизвестного фактора при взаимодействии элементарных частиц мы рассказывали здесь, рекомендую к прочтению.

Доказательства «новой физики»

Итак, существующие на сегодняшний день данные сподвигли исследователей оценить существование до сих пор неизвестной силы, которая влияет на то, как кварки превращаются в другие частицы. Работа ученых из Кембриджа, по сути, является продолжением предыдущего исследования физиков из ЦЕРН, опубликованного в марте прошлого года физикам удалось обнаружить неожиданное поведение некоторых прелестных b-кварков.

Стандартная модель гласит, что этот аромат кварков должен распадаться на равные количества электронов и мюонов, когда те подвергаются процессу распада. Однако эксперимент LHCb обнаружил, что этот процесс производит больше электронов, чем мюонов.

Новая физика маячит на горизонте

Оказалось, что распад мюона происходит только при 85% частоты распада электрона. Исследователи отмечают, что полученный результат вряд ли может быть случайностью.

Для ученых эти результаты означают, что еще не обнаруженная частица, которую они назвали лептокварком считается, что она влияет на процесс распада и способствует образованию этих дополнительных электронов, что если подтвердится приведет к краху Стандартной модели.

Больше по теме: У Вселенной может быть пятое измерение

Эти прелестные кварки

Но вернемся к нашим баранам, то есть кваркам. Измерения, проведенные физиками из Лаборатории Кавендиша Кембриджского университета, показали аналогичные результаты. В ходе работы физики изучили два новых распада кварков тех, что использовались в работе исследователей из ЦЕРН. Команда получила тот же результат, но с некоторыми различиями в распаде мюонов.

Как объясняют авторы научной работы, одним из лучших способов поиска новых частиц и сил является изучение b-кварков экзотических кузенов верхних и нижних кварков, которые составляют ядро каждого атома.

Ранее физики из ЦЕРН сообщили об обнаружении нового типа частиц тетракварков

Хотя b-кварки не существуют в больших количествах естественным образом, Большой адронный коллайдер способен производить миллиарды из них каждый год и все они регистрируются специально разработанным детектором под названием LHCb. Именно на распад b-кварков может влиять неизвестная сила природы или частица. И оба проведенных эксперимента бросают вызов Стандартной модели.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики элементарных частиц и квантовых технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

В ближайшие год-два мы должны многое узнать о фундаментальных законах Вселенной

Тот факт, что мы наблюдали тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, увеличивает вероятность того, что мы действительно находимся на грани открытия чего-то нового», отмечает один из исследователей Гарри Клифф.

Хотя результаты, о которых мы говорили в этой статье не являются окончательными, обе научные работы представляют больше доказательств того, что во Вселенной существует неизвестная нам фундаментальная сила природы. Или частица. И она ждет, пока мы ее откроем.

Последние комментарии