Физики с помощью коллайдера Теватрон открыли тяжелого родственника нейтрона

21 июля 2011 года

Американские физики, работающие на одном из крупнейших в мире ускорителей элементарных частиц - коллайдере Теватрон - открыли новую частицу: нейтральный прелестный кси-барион, последний не найденный до сих пор представитель этого класса элементарных частиц.

Как сообщает пресс-служба Национальной лаборатории имени Ферми, открытие сделали физики одной из двух крупнейших научных групп, работающих на Теватроне, коллаборации CDF.

Барионами называют частицы, состоящие из трех кварков, в их число входят протон (два верхних кварка и один нижний) и нейтрон (два нижних и один верхний), из которых состоит весь наблюдаемый мир.

Новая частица была предсказана общепринятой физической теорией - Стандартной моделью. Она относится к классу кси-барионов, состоящих из одного верхнего или одного нижнего кварка и двух тяжелых кварков.

Нейтральный прелестный кси-барион состоит из одного странного кварка, одного верхнего и одного прелестного кварка (b-кварка). Прелестный и странный кварки заряжены отрицательно, величина заряда каждого из них составляет треть заряда электрона, а верхний кварк заряжен положительно на две трети заряда электрона. В результате частица в целом электрически нейтральна, как протон, где заряд верхнего кварка компенсирует заряд двух нижних.

Однако прелестные кси-барионы содержат тяжелый прелестный кварк, поэтому они примерно в шесть раз тяжелее нейтрона, рождаются в столкновениях очень высоких энергий и наблюдаются очень редко.

Хотя коллайдер Теватрон не предназначен для исследования частиц с прелестными кварками, протон-антипротонные столкновения на нем позволили обнаружить сигма-барионы и омега-барионы.

Новое открытие позволит ученым лучше понять, как взаимодействуют кварки, и как формируется материя.

Рождение прелестного кси-бариона было зафиксировано на детекторе CDF. После появления эта частица успела пролететь не дальше миллиметра, после чего распалась на другие более легкие частицы, которые затем распались вновь. Однако физики смогли пройти назад по всей цепочке распада и доказать факт рождения нового бариона.

Всего физики зафиксировали 25 событий, свидетельствующих о рождении прелестного кси-бариона.

Статистическая значимость эффекта составила 7 сигма, при том, что для того, чтобы говорить об открытии, физикам требуется получить значимость в 5 сигма. Результаты будут опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В апреле коллаборация CDF официально объявила, что ей удалось обнаружить признаки существования новой частицы, не предсказанной общепринятой теорией - Стандартной моделью. Однако позже физики, работающие на втором детекторе коллайдера- D0 - не подтвердили этот результат.

Теватрон (Tevatron) - протон-антипротонный коллайдер, кольцевой ускоритель, в котором сталкиваются пучки протонов и антипротонов, расположенный в штате Иллинойс. Его строительство было окончено в 1983 году. До начала работы Большого адронного коллайдера в европейском ЦЕРНе Теватрон был рекордсменом по энергии частиц: он разгонял протоны и антипротоны до энергии 980 гигаэлектронвольт, то есть энергия столкновений в нем превышала 1,9 тераэлектронвольт.

Ученые с помощью детекторов коллайдера фиксируют результаты столкновений встречных пучков частиц, в результате которых рождается множество других частиц, в числе которых могут быть и новые.

Власти США из-за нехватки средств отказались продлить работу Теватрона и ускоритель будет закрыт в октябре 2011 года.