Физики ЦЕРН ищут "зачарованные" частицы в первичной материи Вселенной

МОСКВА, 21 мар – РИА Новости. Российские и зарубежные физики, работающие в рамках коллаборации NA61/SHINE в ЦЕРН, начали поиски так называемых "зачарованных" частиц в кварково-глюонной плазме, аналоге первичной материи мироздания. Первые итоги их опытов были представлены на конференции MESON 2018 и в журнале EPJ Web of Conferences.

«

"Исследование кварк-глюонной плазмы — одна из фундаментальных физических задач. Важную роль в ее решении играют частицы под названием D-мезоны, содержащие один очарованный кварк. Наблюдать за ними очень сложно, так как они образуются крайне редко", — рассказывает Григорий Феофилов, заведующий лабораторией физики сверхвысоких энергий СПбГУ.

Так называемая кварково-глюонная плазма, или "квагма", представляет собой материю, "разобранную" на самые мельчайшие частицы – кварки и глюоны, обычно удерживаемые внутри протонов, нейтронов и других частиц так называемым сильным ядерным взаимодействием.

Для "освобождения" кварков и глюонов необходимы гигантские температуры и энергии, которые, как сегодня считают ученые, существовали в природе только в момент Большого Взрыва. По этой причине в природе не существует примеров этой материи, которые можно было бы изучать при помощи телескопов или других приборов.

Примерно десять лет назад физики обнаружили, что такие условия можно воспроизвести, если сталкивать ионы свинца друг с другом при помощи мощных ускорителей частиц. Достаточно долгое время ученые считали, что иным образом "квагму" получить невозможно, однако несколько лет назад они выяснили, что этого же можно добиться, сталкивая одиночные протоны.

Эти открытия позволили специалистам ЦЕРН, в том числе десяткам российских физиков, приступить к прямому изучению свойств первичной материи Вселенной, а также наблюдениям за рождением различных экзотических частиц, которые раньше ученые не могли "видеть" напрямую.

Ученые давно пытаются точно измерить свойства сверхтяжелых частиц, содержащих в себе один или два "зачарованных" (c), "прелестных" (b) или "странных" (s) кварка. Особенности их распадов или их физические свойства, как подозревают ученые, могут содержать в себе намеки на "новую физику", выходящую за пределы Стандартной модели.

К примеру, участников NA61/SHINE интересовало то, как часто происходит так называемое "открытое очарование" – формирование D-мезонов, самых легких частиц, содержащих в себе один "зачарованный", а также верхний или нижний кварк.

Новый детектор SAVD, установленный в кольцо ускорителя SPS в декабре 2016 года, позволил физикам впервые напрямую проследить за их рождением. Для этого ученые проследили за непосредственными продуктами распада одного из типа таких частиц, нейтральных D-мезонов, состоящих из зачарованного кварка и верхнего антикварка.

"Ранние разработки СПбГУ для эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере позволили нам провести первые измерения открытого очарования в столкновениях ядер как раз при тех энергиях, где ожидается образование кварк-глюонной плазмы в рамках проекта NA61/SHINE", — продолжает ученый.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, поддерживавшего исследования физиков ЦЕРН, эти замеры завершились полным успехом – отечественным и зарубежным специалистам впервые удалось напрямую "увидеть" то, как рождаются нейтральные D-мезоны при столкновениях ионов свинца.

Сейчас Феофилов и его коллеги анализируют данные, полученные позже в ходе наблюдений за столкновениями двух других типов тяжелых ионов – ксенона и лантана, а также информацию, собранную в ходе последней сессии работы БАК перед его отключением и началом очередного большого обновления в декабре прошлого года.

Как надеются ученые, их расчеты помогут им вычислить точную частоту "открытого зачарования" внутри кварково-глюонной плазмы и сравнить ее с тем, как быстро формируются так называемые чармонии – пары из зачарованного кварка и антикварка. Этот показатель уже был в прошлом точно вычислен российскими и зарубежными участниками коллабораций ЦЕРН.

Сопоставление частоты их образования критически важно для раскрытия свойств квагмы и поиска следов "новой физики". Теория предсказывает, что они должны возникать в первичной материи Вселенной реже, чем при столкновениях протонов, однако пока подтвердить или опровергнуть это нельзя. Итоги работы в рамках NA61, как заключают ученые, даст окончательный ответ на этот вопрос.