Визуализация распада новой субатомной частицы на коллайдере. Источник: CERN
Пока человечество пытается разобраться с земными проблемами, в швейцарских туннелях ЦЕРН продолжают разбирать вселенную на запчасти. На этот раз физики наткнулись на несколько действительно «тяжелое» в прямом смысле слова. Команда ученых, среди которых ключевую роль сыграли исследователи из Манчестерского университета, объявила об открытии новой субатомной частицы на Большом адронном коллайдере (LHC). Новичок получил название Ξcc+ (Кси-cc-плюс), но это не просто очередная строчка в учебнике физики, а тяжелый «родственник» обычного протона.
Манчестерская наследственность и кварочный коктейль
Ирония истории заключается в том, что протон был открыт в Манчестере Эрнестом Резерфордом еще в 1917–1919 годах. Но если классический протон удовлетворяется двумя верхними и одним нижним кварками, то cc+ играет в высшей лиге масс. В ее составе два «волшебных» (charm) кварки и один нижний. Замена легких кварков на их массивные аналоги делает эту частицу значительно более тяжелой, что позволяет ученым лучше понять сильные взаимодействия, удерживающие материю вместе.
Это открытие стало первым весомым результатом работы модернизированного детектора LHCb. Это гигантский международный проект, где более 1000 ученых пытаются понять, почему мы вообще существуем (в частности, куда делась антиматерия). Профессор Крис Паркс (Chris Parkes) из Манчестера, возглавлявший международную коллаборацию, проводит прямые параллели между прошлым и настоящим.
Эксперимент Резерфорда с золотой фольгой в подвале Манчестера изменил наше понимание материи, а сегодняшнее открытие продолжает эту традицию, используя передовые технологии в ЦЕРНе. Оба достижения демонстрируют, насколько далеко может завести нас исследование, движимое любопытством.
Технологический «глаз» за миллионы евро
Чтобы увидеть Θcc+, недостаточно просто смотреть в микроскоп. Нужна сверхбыстрая «камера». Группа из Манчестера разработала ключевые модули кремниевых пиксельных детекторов, собиравшихся непосредственно в университетском корпусе Шустера. Эти устройства фиксируют события с невероятной скоростью – 40 миллионов раз в секунду. Фактически, это позволяет реконструировать распады частиц с ранее недоступной точностью.
Доктор Стефано Де Капуа (Stefano De Capua), руководивший производством этих модулей, отмечает, что технология имеет и приземленное применение. Специально разработанные кремниевые чипы уже адаптируют для медицинской визуализации, так что ваши будущие рентгеновские снимки могут благодаря своей четкости именно поискам экзотических кварков в ЦЕРНе.
Закрытие гештальта двадцатилетней давности
Часть Ξcc+ вычислили из-за ее распада на три более легкие компоненты: Λc+, K- и π+. Данные собирали в течение 2024 года во время протон-протонных столкновений. Физики зафиксировали четкий пик – около 915 событий при массе 3619.97 МэВ/c². Это не просто цифры, а финальная точка в споре, продолжавшаяся более двух десятилетий. Ранее уже были попытки заявить об обнаружении этой частицы, но эти результаты не подтвердились. Теперь же благодаря обновленному оборудованию Манчестерского университета и их коллег существование частицы доказано официально, а ее масса идеально вписывается в теоретические ожидания, в отличие от предыдущих ошибочных «сенсаций».
Пока физики погружаются в микромир, инженеры ищут способы выживания техники в экстремальных условиях. Например, для работы в космосе или на полюсах понадобится работающий конденсатор при -100°C, который недавно презентовали китайские исследователи.