Физики воссоздали материю первых мгновений жизни Вселенной и обнаружили загадочные «частицы Х»

Эти плохо изученные частицы не вписываются в существующие модели формирования вещества.

Детектор ALICE Большого адронного коллайдера для экспериментов с кварк-глюонной плазмой

Команда специалистов Европейского центра ядерных исследований впервые обнаружила экзотические мезоны X(3872) в кварк-глюонной плазме, которую учёные получили искусственно на Большом адронном коллайдере. Эти «частицы Х» чрезвычайно редки и потому почти не изучены — раньше их крайне сложно было целенаправленно получить и «рассмотреть». Физики сообщили об открытии в журнале Physical Review Letters.

Кварк-глюонная плазма — экстремальное состояние материи, в котором находилась Вселенная в первую стомиллиардную долю секунды после Большого взрыва. Она образуется при температуре в триллионы градусов, когда распадаются на части не только атомы (как в обычной плазме), но и частицы, из которых состоит ядро атома — протоны и нейтроны.

Протоны и нейтроны состоят из ещё более мелких частей — кварков, которые «намертво» склеены между собой глюонами и не могут вырваться наружу. Но при сверхвысоких температурах (или сверхвысоких энергиях частиц, что одно и то же) протоны и нейтроны всё-таки можно «разломать» на части. Кварки с глюонами вырываются на свободу и начинают летать по отдельности друг от друга. Это и есть кварк-глюонная плазма.

В ускорителях вроде БАК кварк-глюонную плазму получают, разгоняя протоны или нейтроны до огромных скоростей и врезая друг в друга. Из-за некоторых особенностей квантового мира кварки с глюонами не могут долго находиться в свободном виде, так что время существования кварк-глюонной плазмы обычно не превышает несколько миллиардных долей секунды.

Физикам CERN этого хватило, чтобы «выловить» из неё «частицы Х». Но для этого пришлось прогнать огромный массив данных через нейросеть, и она из столкновений 13 миллиардов ядер атомов свинца смогла выделить целых сто экзотических мезонов X(3872) — рекордно большой показатель.

Сами по себе мезоны это тоже составные частицы, как и протоны с нейтронами, но относятся они к отдельной группе. Мезоны нестабильны и почти сразу распадаются (самые долгоживущие — за несколько стомиллионых долей секунды), поэтому встречаются только в виде быстро исчезающих «осколков» столкновений между частицами.

«Частица Х», похоже, относится к мезонам, но набор её квантовых характеристик необычен и даже в какой-то мере противоречив, из-за чего не вписывается в существующие представления. Это делает экзотический мезон X(3872) очень заманчивой целью для физиков — его изучение позволит дополнить и уточнить кварковую модель.

Кварковая модель описывает устройство и формирование вещества — как мезонов, так и более привычных частиц вроде протонов и нейтронов. Однако в ряде случаев эта модель не сходится с наблюдаемыми явлениями, из-за чего в физике возникают вопросы и проблемы, над которыми учёные бьются десятилетиями.

Теперь физики убедились, что «частицы Х» можно создавать в кварк-глюонной плазме, а значит, в их распоряжении появляется эффективный способ изучения экзотических мезонов. Это может пролить свет на процессы, которые протекали в первые моменты существования Вселенной и сделали её именно такой, какая она есть.

#физика #новости