Ученые обнаружили более тяжелую версию протона с помощью модернизированного детектора | Физика элементарных частиц

Ученые из ЦЕРН Лаборатория ядерной физики недалеко от Женевы обнаружила более тяжелую версию протона, субатомной частицы, которая находится в основе каждого известного атома во Вселенной.

Они заметили частицу в потоке обломков, который осветил детектор на Большой адронный коллайдер (БАК), расположенный глубоко под землей в ЦЕРН, который сталкивает протоны вместе со скоростью, близкой к скорости света. Столкновения воссоздаются в условиях микромира, которые преобладали сразу после Большого взрыва, при этом энергия преобразуется в частицы, которые распыляются во всех направлениях.

Новообретенная частица, которая в четыре раза тяжелее обычного протона, должна помочь физикам уточнить свое понимание сильного ядерного взаимодействия, которое склеивает внутренности всех атомных ядер. Эта сила необычна, потому что она ведет себя как резиновая лента, становясь сильнее по мере увеличения расстояния между субатомными частицами.

Физики, работающие над экспериментом LHCb, обнаружили тяжелый протон после того, как детектор был модернизирован, чтобы сделать его более мощным.

«Это лишь первое из многих ожидаемых открытий, которые можно получить с помощью нового детектора LHCb», — сказал профессор Тим Гершон из Университета Уорика, который в июле возглавил международный исследовательский центр LHCb. «Улучшенные возможности обнаружения позволили нам найти частицу всего через год, в то время как мы не смогли увидеть ее за десять лет данных, собранных с помощью оригинального LHCb».

Атомы водорода, самого простого и распространенного элемента в наблюдаемой Вселенной, содержат только протон и электрон. Протоны, наряду с нейтронами в более тяжелых атомах, состоят из элементарных субатомных частиц, называемых кварками. Протон содержит два верхних кварка и один нижний кварк, но существуют более тяжелые и нестабильные версии кварков, известные как очаровательный, странный, верхний и нижний.

В тяжелом протоне, обнаруженном в ЦЕРН, оба ап-кварка заменены очаровательными кварками. Частица, получившая резкое название Xi-cc-plus, была обнаружена по ее характерному распаду на другие частицы. Появившись на свет, он не остается на месте: ученые подозревают, что он живет менее миллионной миллионной доли секунды, прежде чем сломаться.

«Чем больше мы узнаем об этих частицах, тем больше мы можем узнать о сильном взаимодействии, а это та же самая сильная сила, которая связывает вместе наши протоны и нейтроны», — сказал профессор Крис Паркс, физик из Манчестерского университета.

Это открытие произошло в то время, когда UK Research and Innovation (UKRI), национальный спонсор науки, сталкивается с жесткой критикой за свои планы привлечь 50 миллионов фунтов стерлингов для окончательной модернизации LHCb в 2030-х годах. Модернизация обеспечит максимально эффективное использование детектором крупная трансформация в БАК это могло бы существенно улучшить его исследовательский потенциал.

Британским ученым, работающим в области физики элементарных частиц, астрономии и ядерной физики, рассказали гранты будут сокращены после перерасхода средств на крупных научных объектах. Также были затронуты проекты, в том числе следующая модернизация LHCb и электрон-ионный коллайдер, разрабатываемый совместно с исследователями в США.

На прошлой неделе Чи Онвура, председатель научного комитета Палаты представителей, направил письмо резкое письмо профессору Яну Чепмену, исполнительному директору UKRI, и Патрику Валлансу, министру науки, назвав сокращения «совершенно неприемлемыми» и «провальными» со стороны UKRI, Совета по науке и технологиям и Министерства науки, инноваций и технологий.

В письме содержится требование «быстрых и решительных действий» и вопрос, является ли решение по обновлению LHCb окончательным.

«Очень важно, чтобы мы могли преодолеть проблемы, вызванные решением UKRI отказаться от финансирования этого проекта», — сказал Гершон. «Ни один другой эксперимент, проводимый или планируемый, не сможет обеспечить такую физику».