Фізики з Сиракузького університету (штат Нью-Йорк) підтвердили існування екзотичних адронів – типу матерії, яка не піддається класифікації на підставі традиційної кваркової моделі.
Детектор LHCb. Горизонтальна трубка - гармата, в якій елементарні частинки прискорюються до швидкості, близької до швидкості світла.
Дослідження вчені здійснили у рамках експерименту на Великому адронному коллайдері «Краса» (Large Hadron Collider beauty, LHCb) – найменшому з чотирьох основних детекторів елементарних частинок, які працюють при Великому адронному коллайдері у Європейській організації ядерних досліджень (CERN) у Женеві. LHCb – це міжнародний експеримент, мета якого – пошук нових сил та частинок у Всесвіті.
«Ми однозначно зафіксували існування дуже екзотичного стану матерії – елементарної частинки, яка складається з двох кварків і двох антикварків», - стверджує Томаш Скварніцкі, спеціаліст з високоенергетичої експериментальної фізики, який очолював експеримент на CERN. «Відкриття неможливо пояснити за допомогою традиційної кварківської моделі, тож воно спонукає по-новому подивитися на фізику сильних взаємодій», - говорить вчений.
Кварки – фундаментальні частинки, які мають електричний заряд, рівний третині заряду електрон та не спостерігаються у вільному стані. Комбінація з трьох кварків утворює елементарні частинки з напівцілим спіном, які називаються баріонами (найвідоміший приклад баріонів – протони, які входять до складу атомних ядер усіх хімічних елементів).
Кварки також мають властивість взаємодіяти зі своїми античастинками – антикварками, – які мають однакову масу, але протилежний заряд. Пари «кварк-антикварк» називаються мезонами, і вони часто утворюються в коллайдерах та атомних реакторах під час розпаду деяких штучно створених частинок (також їх детектують у космічних променях).
Мезони, баріони та інші види частинок, які беруть участь у сильній взаємодії, називаються адронами. Така класифікація елементарних частинок була загальноприйнятою до 2007 р., поки міжнародна команда фізиків та інженерів, названа Belle Collaboration, не детектувала екзотичну частинку Z(4430), яка складалась з двох кварків і двох антикварків.
«Тоді незалежні експерти розкритикували дослідження Belle Collaboration, стверджуючи, що команда на надала достатньо доказів на користь існування Z(4430) і її висновки недостатньо обґрунтовані», - каже Скварніцкі. Як наслідок, офіційна наукова спільнота не сприйняла результатів експерименту 2007 р.
Кількома роками пізніше інша міжнародна команда вчених BaBar використала досконалішу методології, щоб детектувати Z(4430), однак спровокувала лише більшу невизначеність. «BaBar не доказала, що методологія і дані експерименту Belle були хибними. Натомість вона дійшла висновку, що, виходячи із цих даних, не було потреби постулювати існування цієї частинки».
На експеримент BaBar група Belle відповіла ще скрупульознішим аналізом своїх попередніх результатів, і у підсумку одержала вагомі статистичні докази на користь Z(4430), усупереч, однак, дуже складній методології та багатьом неперевіреним припущенням щодо її утворення.
Крапку у тривалій дискусії між Belle та BaBar поставили вчені з LHCb під керівництвом Скварніцкі, які, опираючись як на підходи обох дослідницьких команд, стверджують, що отримали неспростовні докази того, що Z(4430) таки справді існує.
«Раніше існування частинки, яка складається з двох кварків і двох антикварків, було під питанням, адже результати одного експерименту суперечили результатами іншого. Тепер ми маємо достатньо доказів, щоб сказати, що матерія може існувати й у такому екзотичному стані. Щонайважливіше, ми довели існування Z(4430) емпірично, а не лише як теоретичний висновок із певного набору даних».
«Ми проаналізували десятки тисяч процесів розпаду мезонів, які обрали з трильйонів зіткнень частинок у Великому адронному коллайдері. Оскільки нам прийшлося працювати з таким великим набором даних, ми використали статистичний аналіз, який, у свою чергу, дозволяв недвозначно вимірювати властивості частинок», - каже проф. Шелдон Стоун, який очолює дослідницьку групу у CERN.
Як додає Скварніцкі, під час кожного з трьох експериментів – Belle, BaBar і LHCb – дослідники аналізували окремий набір даних, який, хоча й стосувався одного і того ж процесу, однак був зібраний у різний час, за допомогою різних коллайдерів та різних детекторів розпаду частинок. Таким чином, - підсумовує Скварніцкі, - результати кожного експерименту є унікальними.
13.04.2014