На срещата Rencontres de Moriond Electroweak, която се случи на 17 март 2026 г., обновеният експеримент LHCb в ЦЕРН обявява откриването на първата си частица: нов вид тежка протоноподобна частица,наречена Ξ cc ⁺.
Откритата двойно чаровна частица е подобна на протона, но четири пъти по-масивна.
Частицата е наречена Ξcc+ или Xi-cc-plus ("кси-cc-плюс"). Тя се появява и изчезва за по-малко от миг, но самата информация, че тя съществува и колко е масивна, би могла да даде на физиците по-солидна представа за това как е съставена материята.
Откриването на бариона Xi-cc-plus бележи важен етап за екипа на детектора LHCb.
"Това е първата нова частица, идентифицирана след подобренията на детектора LHCb, завършени през 2023 г.", заявява в прессъобщение Винченцо Ваньони (Vincenzo Vagnoni), говорителят на експеримента.
Това също така разрешава 20-годишна загадка. През 2002 г. физици, работещи във Fermilab в Илинойс, заявяват, че са видели индикации за частица, която може да е Xi-cc-plus - но частицата е била много по-лека от предсказаното теоретично, а нивото на доверие за оценката на масата е било под стандарта 5-сигма за субатомно откритие.
През 2017 г. екипът на LHCb открива подобен тип барион, наречен Ξcc++ или "Xi-cc-plus-plus", и физиците очакват, че Xi-cc-plus ще има подобна маса.
Сега съобщените наблюдения потвърждават тези очаквания с ниво на доверие от 7 сигма. (7 сигма е екстремно високо ниво на статистическа значимост, много повече от нормата от 5 сигма, което е 0,00006% вероятност данните да са шум.)
Какво прави тази частица специална
За да оценим какво прави тази частица специална, е полезно да си припомним как е устроен обикновеният протон.
Протонът съдържа три кварка – два горни кварка и един долен кварк (uud). Горните и долните кварки са толкова леки, че по-голямата част от масата на протона идва не от самите кварки, а от вихрушката на кварките и глуоните вътре в него.
Благодарение на известното уравнение на Айнщайн, E = mc², тази вътрешна енергия допринася директно за масата на протона.
Новонаблюдаваният Ξ cc + е като протон, претърпял драматично "кварково подобрение". На мястото на двата си горни кварка, той носи два тежки чаровни кварка, което му придава кварков състав ccd.
Чаровните кварки са тежките роднини на горните кварки – те имат същия заряд и свойства, но по-голяма маса и произхождат от следващото поколение в Стандартния модел. Тъй като чаровните кварки са много по-тежки от горните кварки, Ξ cc + тежи приблизително четири пъти повече от обикновен протон.
Изображението горе вляво показва илюстрация на тази екзотична частица, направена от художник, докато "родословно дърво на протоните" вдясно проследява как се образуват по-тежки родственици чрез заместване на кварките на протона със странни (s), чаровни (c) или дънни (b) кварки. На тази илюстрацияа Ξ cc + се намира близо до самия връх – където и двата светещи кварка на протона са заменени с чаровни.
Откритието се основава на данни за сблъсъци на протон-протон, събрани през 2024 г. по време на третия цикъл на LHC и бележи първата нова частица, идентифицирана с обновения детектор LHCb. Ξ cc + е забелязана чрез разпадането ѝ на три по-леки частици:
Ξ cc + → Λ c + K - π + – както е показано на диаграмата на Файнман, като самото Λ c + се разпада чрез p K - π +.
Чрез реконструкция на комбинираната ("инвариантна") маса на тези продукти от разпад, показана по-горе, изследователите наблюдават ясен пик от около 915 събития около 3620 MeV/c² – сигнал, надвишаващ 7 σ, доста над прага, необходим за обявяване на откритие, както е споменато по-рано. Подробно напасване измерва масата като:
3619,97 ± 0,83 ± 0,26 (+1,90 / −1,30) MeV/c² .
Новата частица в семейството на адроните
Големият адронен колайдер сблъсква протони със скорости, близки до скоростта на светлината, а четири детектора – включително LHCb – събират данни, за да помогнат на учените да научат как са сглобени всички субатомни части.
Протоните и други видове частици от групата на адроните, се състоят от кварки, които са свързани помежду си чрез силното ядрено взаимодействие, една от четирите фундаментални сили, известни на физиката.
Кварките се предлагат в шест "вкуса", а различните комбинации от кварки водят до различни видове адрони. Например, протоните са съставени от два горни кварка и един долен кварк. Двойно чаровният Xi, който бе открит преди това, е по-тежък от протон, защото има два тежки чаровни кварка и един горен кварк, докато новооткритият Xi-cc-plus има два чаровни кварка и един долен кварк.
| Символ | Название | Заряд | Маса | |
|---|---|---|---|---|
| български | английски | |||
| Първо поколение | ||||
| d | Долен | down | −1/3 | ~ 5 MeV/c² |
| u | Горен | up | +2/3 | ~ 3 MeV/c² |
| Второ поколение | ||||
| s | Странен | strange | −1/3 | 95 ± 25 MeV/c² |
| c | Чаровен | charm (charmed) | +2/3 | 1,8 GeV/c² |
| Трето поколение | ||||
| b | Дънен | beauty (bottom) | −1/3 | 4,5 GeV/c² |
| t | Върховен | truth (top) | +2/3 | 171 GeV/c² |
"Въпреки сходството, новата частица има прогнозиран живот, който е до шест пъти по-кратък от този на нейния еквивалент, поради сложни квантови ефекти", обясняват от ЦЕРН. "Това прави наблюдението ѝ още по-трудно."
ЦЕРН заявява, че новата частица увеличава общия брой на адроните, открити от експериментите на Големия адронен колайдер (LHC), до 80.
Класификация на частиците (мезоните са адрони и бозони, барионите са адрони и фермиони едновременно). Кредит: bgchaos.com
Най-известната субатомна частица в този списък е Хигс бозонът, който бе открит в LHC през 2012 г. и запълни едно от най-големите празни места в Стандартния модел за физика на елементарните частици. Откритието на Xi-cc-plus не е толкова революционно, но Ваньони отбелязва, че въпреки това ще разшири границите на физиката.
Илюстрация на Стандартния модел за физика на елементарните частици. Кредит: Science is Beauty
"Резултатът ще помогне на теоретиците да тестват модели на квантовата хромодинамика, теорията за силното взаимодействие, което свързва кварките не само в конвенционални бариони и мезони, но и в по- екзотични адрони като тетракварки и пентакварки", коментира Ваньони.
А LHC все още се усъвършенства: Очаква се основен ремонт, наречен Проект "Голям адронен колайдер с висока светимост", да увеличи капацитета на ускорителя за сблъсъци на частици 10 пъти в сравнение с първоначалната му проектна стойност. Когато това подобрение приключи, около 2030 г., физиците ще могат да се задълбочат в минали открития – и може би да преминат към изцяло нови хоризонти.
"Търсим къде са пукнатините в нашата теория", споделя пред VRT NWS Йорген Д'Хонд ( Jorgen D’Hondt), директор на Нидерландския национален институт за субатомна физика . "Започваме да разбираме по-добре сблъсъците си, метода си на симулация и по този начин получаваме по-добри инструменти за изследване на неизследвана територия."
Източници:
Observation of the doubly charmed heavy proton Ξcc+, ByBolek Pietrzyk, LHCb
CERN Adds a New Particle to Large Hadron Collider's Subatomic Zoo, Alan Boyle, Universe Today
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване