Учените в CERN откриха 100 от мистериозните “X” частици

Наука Природа

Мистериозна частица, за която се смята, че е съществувала за кратко, непосредствено след Големия взрив, е открита от физиците в CERN.

Илюстративно изобразяване на Големия взрив.

Илюстративно изобразяване на Големия взрив.

© Източник: iStock

Това се случва в среда, наречена кварк-глуонна плазма, генерирана в Големия адронен ускорител в CERN чрез сблъсък на оловни йони. Сред трилионите частици, произведени от тези сблъсъци, учените успяват да изолират 100 неуловими частици, известни като “X” частици. Резултатите са публикувани в Physical Review Letters.

„Това е само началото на историята“, казва физикът Йен-Джи Лий от Масачузетския технологичен институт и член на международната общност по физика на елементарните частици CMS Collaboration със седалище в CERN, Швейцария.

През следващите няколко години искаме да използваме кварк-глуонната плазма, за да изследваме вътрешната структура на “X” частицата, което би могло да промени нашето схващане за това каква материя произвежда Вселената."

Ранната Вселена, която се създава само мигове след Големия взрив, не е била изградена от същите неща като днес. Вместо тях, за няколко милионни частици от секундата, тя е изпълнена с плазма, прегрята до трилиони градуси и състояща се от елементарни частици, наречени кварки и глуони. Това е кварк-глуонната плазма, пише Science Alert.

За един миг, който трае по-малко от мигване, плазмата се охлажда и частиците се събират, за да образуват протоните и неутроните, от които днес е изградена обикновената материя. Но в този много кратък момент от времето, частиците в кварк-глуонната плазма се сблъскват, залепват една за друга и след това отново се разделят в различни конфигурации.

Една от тези конфигурации е частица, толкова мистериозна, че дори не знаем как е събрана. Това е “X” частицата. Тя се вижда изключително рядко и за кратко в ускоротелите – твърде кратко, за да бъде изследвана.

На теория, “X” частиците могат да се появят в малките проблясъци на кварк-глуонна плазма, които физиците създават в ускорителите през последните години. Това може да им даде възможност да ги изучат.

Затова при пускането на Големия адронен ускорител през 2018 г., положително заредените атоми на оловото са сблъскани с високи скорости. Всеки от тези приблизително 13 милиарда сблъсъка предизвиква дъжд от десетки хиляди частици. Но това е ужасяващо колосално количество данни за анализиране.

Част от детектора на Големия адронен усксорител.

Част от детектора на Големия адронен усксорител.

© Снимка: Европейски център за ядрени изследвания (CERN)

Теоретично, в плазмата има толкова много кварки и глуони, че трябва да има и по-голямо производство на “X” частици“, казва Лий. „Но хората смятаха, че ще бъде твърде трудно да ги търсят, защото има толкова много други частици, произведени в тази кваркова супа.”

Въпреки че животът на “X” частиците е мимолетен, те произвеждат множество частици с по-ниска маса, докато се разпадат. За да рационализира процеса на анализ на данните, екипът разработва алгоритъм за разпознаване на моделите, характерни за разпадането на “X” частиците.

В крайна сметка, алгоритъмът идентифицира сигнал със специфична маса, която показва наличието на около 100 “X” частици сред данните. Това е съществен успех.

„Почти немислимо е да можем да изведем 100 частици от този огромен набор от данни“, каза Лий.

“Към момента обаче данните са недостатъчни, за да научим повече за структурата на X-частицата, но може би откритието ни доближава до този момент. Сега, когато знаем как да намерим подписа на X-частиците, регистрирането им при бъдещи набори от данни би трябвало да бъде много по-лесно. От друга страна, колкото повече данни имаме, толкова по-лесно ще бъде да ги осмислим.”

"Това ще разшири погледа ни върху видовете частици, които са били произвеждани изобилно в ранната Вселена."