Открытие новой частицы улучшит наше понимание фундаментальных сил природы

Открытие новой частицы учеными из Университета Уорвика поможет нам более глубоко понять сильное взаимодействие, фундаментальную силу природы, найденную в протонах в ядре атома. Новый тип мезона, Ds3* (2860)ˉ, был обнаружен при анализе данных, собранных детектором LHCb на Большом адронном коллайдере.

Новые частицы связываются аналогично протонам. Благодаря этому сходству, исследователи Уорвика утверждают, что теперь смогут изучать частицу для дальнейшего понимания сильных взаимодействий. Наряду с гравитацией, электромагнитным взаимодействием и слабыми ядерными силами, сильное взаимодействие является одной из четырех фундаментальных сил. Вот что говорит профессор Тим Гершон из отделения физики Университета Уорвика:

«Гравитация описывает вселенную в больших масштабах, от галактик до падающего яблока Ньютона, в то время как электромагнитное взаимодействие отвечает за связывание молекул вместе, а также удержание электрона на орбите вокруг ядра атома.

Сильное взаимодействие — это сила, которая связывает кварки, субатомные частицы, образующие протоны в атомах. Она настолько сильна, что энергия протона дает гораздо больший вклад в массу, следуя уравнению Эйнштейна E = mc^2, чем сами кварки».

Отчасти благодаря относительной простоте сил, ученые ранее смогли решить уравнения, лежащие в основе гравитации и электромагнитных взаимодействий, но сила сильного взаимодействия делает невозможным решение уравнения таким же образом.

«Расчеты сильного взаимодействия проводятся с интенсивными вычислительными техниками под названием КХД на решетке, — говорит Гершон. — Для подтверждения этих расчетов необходима возможность сравнивать предсказания с экспериментальными данными. Новая частица идеально подходит для этой цели, поскольку это первая из известных частиц, которая содержит очарованный кварк и обладает спином 3».

Есть шесть кварков, известных физикам: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Протоны и нейтроны состоят из верхних и нижних кварках, но частицы, полученные на ускорителях типа БАК, могут содержать нестабильные кварки потяжелее. Кроме того, у некоторых из этих частиц более высокие значения спина, чем у встречающихся в природе стабильных частиц.

«Поскольку частица Ds3*(2860)ˉ содержит тяжелый очарованный кварк, теоретикам будет легче рассчитать ее свойства. И поскольку у нее спин равен 3, нет никакой двусмысленности в том, чем является эта частица, — добавляет Гершон. — Она создает прецедент для будущих теоретических расчетов. Улучшения в этих расчетах полностью перевернут наше понимание того, как ядра связываются между собой».

Спин — это одна из этикеток, которая позволяет физикам различать частицы. Эта концепция возникла в квантовой механике, и ее можно рассматривать как аналогию углового момента: в этом смысле чем выше спин, тем быстрее кварки вращаются друг вокруг друга.

Один из самых интересных аспектов новых данных в том, что это открытие может положить начало веренице подобных открытий в данных БАК. Кроме того, ученые могут использовать уже испытанную технику, чтобы улучшить понимание слабого взаимодействия. Это, в свою очередь, поможет ответить на одну из самых больших загадок в физике: почему материи во Вселенной больше, чем антиматерии.

Работа будет опубликована в ближайшем издании престижного научного журнала Physical Review Letters. Недавно, кстати, была обнаружена еще одна важная частица — майорановская, но пока только в сверхпроводнике.