Работающие на Большом адронном коллайдере физики открыли новую частицу, точнее возбужденное состояние нейтрального «прелестного» кси-бариона, в котором он значительно тяжелее, чем в основном состоянии, сообщает коллаборация CMS.

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

Рис. 1. Устройство материи согласно Стандартной модели.

Кси-барионы состоят из одного верхнего или одного нижнего кварка и двух более тяжелых кварков. Нейтральный «прелестный» кси-барион состоит из одного верхнего, одного «странного» (s) кварка и одного «прелестного» (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, при этом в ней присутствуют кварки всех трех поколений.

Кварки условно делятся на три поколения, в каждое из которых входит пара кварков. Кварки первого поколения – верхний и нижний – самые легкие и образуют стабильные частицы. Второе поколение образуют «странный» и «очарованный» кварки. Название «странный» (strange) один из них получил в наследство от «странных» частиц, космического излучения, в состав которых они входили. «Очарованными» (charme) кварки назвал физик Шелдон Глэшоу (Sheldon Glashow), который предсказал их существование в конце 1960 годов.

Рис. 2. Детектор CMS во время сборки.

Наконец третье поколение – истинный (t) и прелестный (b) кварки – самые тяжелые. «Прелестный» (beauty) кварк был открыт в 1977 году в Лаборатории имени Ферми, а «истинный» (true) – в той же лаборатории в 1994 году. Эти названия они получили задолго до открытия от теоретиков, пытавшихся облегчить для публики понимание предмета их занятий. Оба они носят и другие названия – top (верх) и bottom (низ), поскольку они являются своего рода «логическими партнерами» самых легких кварков – верхнего и нижнего. Однако в русском языке укоренились варианты «прелестный» и «истинный», поскольку в нем нет пары подходящих синонимов для «верхний» и «нижний», как в английском.

Рис. 3. Рождение возбужденного нейтрального прелестного кси-бариона в Большом адронном коллайдере.

Впервые нейтральный «прелестный» кси-барион был обнаружен физиками, работавшими на американском коллайдере Теватрон в июле 2011 года. Коллаборация CDF, работающая на одноименном детекторе ускорителя, измерила массу частицы, которая оказалась равна 5787,8 6 мегаэлектронвольт на квадрат скорости света (в физике частиц массу часто измеряют в единицах энергии – электронвольтах, 1 электронвольт соответствует 1,8 на 10 в минус 36-й степени килограммов, протон весит 938 мегаэлектронвольта, а электрон – 0,511 мегаэлектронвольта).

Рис. 4. Схема распада возбужденного нейтрального
прелестного кси-бариона.

Теперь физики с помощью одного из детекторов Большого адронного коллайдера – детектора CMS – обнаружили нейтральный «прелестный» кси-барион в возбужденном состоянии. Это означает, что эта частица состоит из того же набора кварков, что и найденный коллаборацией CDF кси-барион в основном состоянии, но имеет значительно большую энергию, а значит и большую массу.

Измеренная на детекторе CMS масса возбужденного кси-бариона составила 5945 3 мегаэлектронвольта. Именно различие в массах позволяет физикам говорить об открытии не нового состояния, а новой частицы.