Рекордный набор данных с Большого адронного коллайдера помог найти долгожданные частицы

Большой адронный коллайдер снова порадовал физиков открытиями.

Иллюстрация CMS collaboration.

На Большом адронном коллайдере обнаружены частицы, проливающие свет на внутреннее устройство протонов и нейтронов и на силы, удерживающие их в атомном ядре. В этом помог самый большой объём данных, когда-либо собранный на Большом адронном коллайдере.

Речь идёт об изучении сильного взаимодействия. Это одна из четырёх фундаментальных сил, вызывающих все процессы, идущие в природе.

Назовём эти силы. Во-первых, это гравитация, существующая между всеми частицами с ненулевой массой. Во-вторых, электромагнитные силы, действующие на все электрически заряженные частицы. В-третьих, слабое взаимодействие, в котором участвуют все частицы. Именно им обусловлены, например, некоторые виды радиоактивного распада. И, наконец, это сильное взаимодействие.

В нём участвуют кварки, глюоны и составленные из них частицы. Именно эта сила скрепляет кварки внутри протона и нейтрона, а также удерживает последние в атомном ядре. Если бы не сильное взаимодействие, не было бы атомных ядер, а значит, атомов и всего, что из них состоит, в том числе нас самих.

Изучением этой силы занимается отдельная наука под названием квантовая хромодинамика. В ней много надёжно установленных, проверенных экспериментами фактов, но есть и открытые вопросы. Для ответа на последние человечеству ещё недавно не хватало достаточно мощного ускорителя.

Один из способов найти неизвестные ответы – исследование частиц малоизученного семейства Bc. Они состоят из прелестного кварка и очарованного антикварка, или наоборот.

Для изучения этих частиц незаменим Большой адронный коллайдер с его рекордной энергией частиц и огромной светимостью.

В 2014 году коллаборация детектора ATLAS на БАК сообщила об обнаружении долгожданной частицы из этого семейства, известной как Bc(2S). Однако коллаборация LHCb, основываясь на данных, собранных до 2017 года, не смогла подтвердить открытие.

Теперь коллаборация CMS представила новые результаты. Они были основаны на информации, собранной в 2018 году, а это самый большой набор данных за всю историю коллайдера. Кроме этого, физики использовали результаты экспериментов 2016 и 2017 года.

Учёные обнаружили Bc(2S) с надёжностью, превышающей пять сигм. Последняя цифра означает, что вероятность "ложной тревоги" из-за случайно наложившихся друг на друга шумов ничтожно мала. Исследователи также измерили массу этой частицы. Она оказалась равна 6871 мегаэлектронвольт с погрешностью менее двух мегаэлектронвольт.

Кроме этого, физики обнаружили ещё одну частицу семейства Bc, известную как Bc*(2S).

Подробности исследования изложены в научной статье, принятой к публикации в журнал Physical Review Letters. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали, и неоднократно, о новых частицах, обнаруженных на БАК. Также мы рассказывали о том, что этот ускоритель может стать окном в новую физику.