Particule X exotice descoperite la Large Hadron Collider. De ce este important?

Povestea noastră a început cu Big Bang-ul în jurul anului 14acum miliarde de ani. Potrivit teoriei, timp de milioane de secundă după nașterea sa, Universul a fost o plasmă de particule elementare - gluoni și quarci. Apoi, într-o perioadă foarte scurtă de timp, această plasmă s-a răcit, iar din particulele ei s-au format protonii și neutronii cunoscuți de noi. Ele au fost însoțite de diferite particule instabile cu structură necunoscută - așa-numitele particule X, a căror existență a aflat lumea în 2003. Apoi, ciocnitorul japonez Belle a oferit primele dovezi ale existenței particulelor X. Aceste particule, însă, s-au degradat prea repede, astfel încât fizicienii nu au reușit să le studieze structura. Acum, oamenii de știință au reușit să recreeze materia primelor momente ale vieții universului și au descoperit în sfârșit particulele misterioase. Este grozav, nu-i așa? Dar particulele slab studiate nu se încadrează în modelele existente de formare a materiei.

„Particula X” din timpuri imemoriale descoperită în interiorul Large Hadron Collider

Cum se testează teoria cuantică?

Marele Ciocnitor de Hadroni de la CERNcercetătorii să efectueze experimente cu adevărat uimitoare, testând dacă teoria cuantică este corectă. Deci, cu ajutorul LHC, a fost descoperit faimosul boson Higgs, iar detectarea particulelor X prezise a fost o adevărată descoperire.

În căutarea particulelor misterioase ale necunoscutuluistructuri, fizicienii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) au creat o plasmă de quarc-gluoni într-un colisionator prin ciocnirea ionilor de plumb la viteză mare. Aceste ciocniri au generat zeci de mii de particule foarte diferite. Dar cum să prinzi particulele X printre ele, care, de îndată ce apar, se descompun instantaneu?

Treptat, au apărut particule și interacțiuni care formează Lumea noastră.

Utilizarea metodelor de învățare automată pentru analizăLa peste 13 miliarde de ciocniri cu ioni grei, oamenii de știință au reușit să identifice cu exactitate 100 de particule „X” - un tip special de particule numită X (3872), numită după presupusa masă a particulei. Fiecare dintre aceste 13 miliarde de ciocniri a produs probabil zeci de mii de particule încărcate.

Vrei să afli mai multe despre cele mai recente descoperiri științifice din domeniul mecanicii cuantice? Abonează-te la canalul nostru în Telegram - ca să nu ratezi nimic interesant!

Cu un program care a fost capabil să cerneSetul de date extrem de dens, oamenii de știință au reușit să identifice variabile cheie care au fost probabil rezultatul dezintegrarii particulelor X. Au mărit semnalele și au observat un vârf la o anumită masă care indică prezența lor. Rezultatele studiului sunt publicate în revista Physical Review Letter.

Particula misterioasă ne va da o idee despre primele momente ale existenței universului.

Rezultatele unui nou studiu le vor permite oamenilor de știință Privește în inima Big Bang-ului. Plasma de quarc-gluoni a umplut universulprimele milionimi de secundă din viața sa, chiar înainte ca ceea ce numim materie – molecule, atomi sau chiar protoni sau neutroni – să se formeze, explică fizicienii.

Acesta este interesant: Observator fără observator: cum să urmăriți particulele cuantice?

Structura particulelor X

Deci, la temperaturi extrem de ridicate -trilioane de grade - protonii, neutronii și alte particule similare se descompun și se dizolvă într-o suspensie de înaltă energie de quarci și gluoni (plasmă cuarc-gluon). Una dintre metodele folosite de fizicieni a devenit coliziune cu ioni grei: ciocnirea nucleelor ​​atomice între ele la viteze foarte mari.

Experimentele la LHC trebuiau săruperea atomilor grei de plumb împreună, care au lăsat urme de informații în plasma cuarc-gluon - crearea sa a devenit posibilă abia în secolul 21, dar este extrem de dificil să detectezi ceva în ea.

Nimeni nu a mai încercat să detecteze particulele X (3872) în ciocnirile cu ioni grei, deoarece aceasta este o sarcină foarte dificilă, au spus fizicienii într-un comunicat de presă al studiului.

Particula a fost creată în interiorul Large Hadron Collider de la CERN.

Întrucât nucleele atomilor conţin grupuri de protoni şineutroni, particulele sunt de fapt alcătuite din particule chiar mai mici numite quarci. Pentru a forma particule mai mari, quarcii se leagă de gluoni, chiar și particule mai mici care acționează ca agenți ai forței nucleare mici.

Vezi și: Pot obiectele cuantice ciudate să explice existența noastră?

Unii fizicieni cred că X(3872) poate fiparticulă cu patru cuarci: tetraquarci. Protonii și neutronii tipici sunt formați din trei cuarci, dar tetraquarcii sunt ciudați și necesită, de obicei, energii mari pentru a rămâne împreună. În ultimul deceniu, fizicienii au observat alte exemple de tetraquarci în acceleratorii de particule, citiți mai multe aici.

Particula a fost creată în interiorul Large Hadron Collider de la CERN.

De asemenea, este posibil ca particulele X (3872) să fie de faptconsta de fapt din mezoni. Acesta este un alt tip de particulă subatomică care este alcătuită dintr-un cuarc și un antiquarc, omologul de antimaterie al cuarcului. Mezonii, la rândul lor, pot apărea uneori pentru scurt timp pe Pământ.

Acest lucru se întâmplă atunci când razele cosmice de înaltă energie se ciocnesc cu materia cunoscută. Cu toate acestea, fizicienii nu au văzut niciodată o particulă mai mare, constând din mulți mezoni.

După cum explică autorii lucrării științifice, dacă X(3872) sunt creați din mezoni, atunci avem un semn că Universul a abundat cu astfel de particule „exotice” imediat după naștere. „În următorii ani, vom avea mai multe date și vom afla ce particule a produs Universul chiar la începutul călătoriei sale”, notează cercetătorii.

Nu ratați: Ce trebuie să știți despre noua teorie cuantică a timpului?

Suprapunerea particulelor-X

Potrivit oamenilor de știință care nu au participat laStudiul, particulele X(3872) se pot dovedi chiar a fi o suprapunere a unei perechi obișnuite de cuarci sau tetraquarci sau molecule. Din păcate, incertitudinile experimentale sunt încă mari și nu permit tragerea de concluzii convingătoare dintr-o dată din mai multe motive. Cu toate acestea, însuși faptul că fizicienii au putut măsura starea X (3872) în ciocnirea ionilor grei este o descoperire extrem de importantă.

Fenomenul în care particulele cuantice minusculesunt în două locuri în același timp se numește suprapunere cuantică. Deoarece mecanica cuantică este o disciplină complexă și prost înțeleasă, nu este vorba despre acțiuni, ci despre stări. De exemplu, atunci când un electron sau un foton se află într-o suprapunere, el face totul deodată, parcă se suprapune unul pe celălalt, fiind atât o particulă, cât și o undă în același timp.

Acum, după ce au determinat semnătura particulelor X, fizicieniipoate determina structura sa internă: protonii și neutronii sunt formați din trei quarci strâns înrudiți, dar cercetătorii cred că particula X va arăta complet diferit. Cel puțin ei știu că noua particulă conține patru quarci, dar nu se cunoaște în prezent modul în care sunt conectați.

În viitor, quarcii și gluonii dintr-o plasmă ar putea fi folosiți pentru a sparge o particulă și a vedea ce se află înăuntru.

Cercetătorii lucrează în prezent la colectaremai multe date. „În următorii câțiva ani, vom colecta mult mai multe informații. Acest lucru ne va extinde înțelegerea tipurilor de particule care s-au născut din abundență în Universul timpuriu”, spun fizicienii.

Acest experiment va fi completat cu alte dateDatorită muncii telescopului spațial James Webb. Acest ultim instrument astronomic poate privi în interiorul Big Bang-ului. Într-un fel sau altul, este timpul să ne pregătim pentru cele mai mari descoperiri care pot explica structura complexă a universului. Pentru mai multe informații despre cum și când își va începe James Webb cariera științifică, despre care am vorbit în acest articol, vă recomandăm să îl citiți.