[Новости] Новый резонанс обнаружен в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН

Российские ученые из МФТИ, МИФИ и ФИАН, работающие в составе международной коллаборации CMS (англ. Compact Muon Solenoid) на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, объявили об обнаружении новой элементарной частицы. Впервые открыто орбитальное возбуждение (резонанс) Ξb(6100)– прелестно-странного бариона. Оно распадается на основное состояние Ξb– («кси бэ минус барион») и два пи-мезона противоположных зарядов. В работе были использованы данные протон-протонных столкновений, набранные на Большом адронном коллайдере в 2016–2018 годах. Препринт статьи находится на рецензировании в журнале Physical Review Letters.

Стандартная модель, описывающая устройство нашего мира на микроуровне (уровне элементарных частиц), предполагает, что большинство частиц (адроны) состоит из кварков — заряженных фермионов, которые группируются в пары кварк-антикварк (мезоны) или три кварка (барионы). Знакомым всем примером барионов являются протон и нейтрон, состоящие из верхних (up) и нижних (down) кварков. Вместе с электроном они формируют атомы и всю видимую материю во Вселенной.

Помимо этих, самых легких, барионов, существует и множество других состояний, отличающихся кварковым составом, массой, временем жизни и другими характеристиками. Таким семейством являются и Ξb– барионы, состоящие из верхнего или нижнего, а также странного (strange) и прелестного (beauty) кварков. Эти частицы живут короткое время и не присутствуют в стабильной материи, окружающей нас, но могут быть получены в экспериментах по физике высоких энергий на Большом адронном коллайдере.

Внутри барионов кварки связаны между собой фундаментальным сильным взаимодействием. В зависимости от конкретной конфигурации кварков внутри бариона частицы с одинаковым кварковым составом могут иметь разные массы и квантовые числа за счет энергии спинового, радиального или орбитального возбуждения. Такие частицы называются резонансами. Один из подобных резонансов и был впервые обнаружен в нынешнем исследовании в распаде на «простой» Ξb– барион и два пиона.

Инвариантная масса отобранных Ξb–π+π– кандидатов. Пик соответствует новой частице с массой 6100,3 ± 0,6 МэВ

В коллаборации CMS МФТИ представлен лабораторией физики высоких энергий, которой руководит Тагир Аушев, член-корреспондент РАН. Работа лаборатории тесно связана с образовательной программой «Фундаментальные взаимодействия и физика элементарных частиц» Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ под многолетним руководством академика РАН Михаила Данилова. Интеграция науки и образования в Физтех-школе создает благоприятные условия для вовлечения студентов в серьезную науку уже на 4–5 курсе. Один из главных авторов открытия сотрудник лаборатории физики высоких энергий и магистр образовательной программы Кирилл Иванов так комментирует результаты статьи: «Сильное взаимодействие отвечает за связь кварков внутри адронов и помогает предсказывать, как именно могут формироваться частицы. Обнаруженный нами новый прелестно-странный барион дает важный вклад в наше понимание сильного взаимодействия и поможет различным теоретическим моделям лучше рассчитывать свойства адронов, построить более точную спектроскопию их энергетических уровней».


«К этому результату мы шли почти два года, и поначалу было неочевидно, что на имеющейся статистике мы сможем эффективно восстановить и увидеть сигнал от нового бариона. Наша научная группа проделала большую работу по максимальному увеличению экспериментальной чувствительности. И как результат — новая частица обнаружена с большой статистической значимостью. Очень надеюсь, что впереди у нас много новых исследований в рамках эксперимента CMS», — объясняет Руслан Чистов, научный руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий и доцент МФТИ.
Источник​

 

[Sheriff]

 

[Аластар]

не поможет, пробовал

 

[Аластар]

Большой Адронный Коллайдер (БАК), самый большой и мощный ускоритель частиц на сегодняшний день, изначально создавался для исследований явлений и процессов, находящихся на самом краю или за гранью известных нам областей физики. И не так давно в данных, собранных учеными Европейской организации ядерных исследований CERN, были обнаружены аномалии, связанные с частицами, которые ведут себя не так, как предсказывают существующие теории. Исследования в данном направлении находятся пока еще на самой ранней стадии, тем не менее, сделанное открытие уже содержит серьезные намеки на существование новых частиц или фундаментальных сил, не вписывающихся в рамки Стандартной Модели.

Открытие, о котором сейчас идет речь, было сделано учеными при помощи оборудования эксперимента LHCb. Одним из направлений этого эксперимента является изучение частиц, именуемых прелестными кварками (бьюти-кварк, beauty quark). Эти частицы возникают в больших количествах при столкновениях протонов в коллайдере, но они существуют очень малое время, после чего распадаются на электроны или мюоны.

Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц, прелестные кварки должны распадаться на электроны или мюоны в равных пропорциях. Но статистические данные, собранные за пять лет, указывают на то, что прелестные кварки "предпочитают" распадаться на электроны в большей степени, среднее соотношение количества распадов на электроны к количеству распадов на мюоны составляет 100 к 85. Причина происходящего остается загадкой для ученых и происходящее не может быть объяснено в рамках Стандартной модели. Одним из самых вероятных объяснений является вмешательство в этот процесс некоей, пока еще неизвестной частицы.

Имеющийся сейчас в руках ученых набор данных содержит достаточно убедительные доказательства существования новой частицы, но его еще недостаточно для идентификации этой частицы. Тем не менее, существующие доказательства являются четким указанием направления для дальнейших исследований, данные которых в будущем дополнят существующий набор данных и позволят пролить свет на возникшую загадку.
К сожалению, еще очень рано для того, чтобы говорить обо всем вышеперечисленном, как о действительном научном открытии. Нашим постоянным читателям хорошо известно, что для признания чего-нибудь научным открытием требуется показатель статистической достоверности данных и результатов на уровне 5 сигма, оставляющий 1 из 3.5 миллионов шансов того, что результаты являются ошибкой или простым совпадением. Достоверность же результатов эксперимента LHCb составляет пока лишь 3 сигма, оставляя 1 из 1000 шансов того, что все это является ошибкой или аномалией.

Тем не менее, ученые CERN сохраняют оптимистичный настрой, продолжая питать надежду, что им удалось "выглянуть" за грань известной физики и "заглянуть" в новую неизведанную область. В конце концов, даже сейчас имеется несколько фактов и вопросов, которые не могут быть объяснены с точки зрения Стандартной Модели. К этим вопросам относится феномен темной материи, наблюдаемый во Вселенной дисбаланс между количеством материи и антиматерии, и, даже, силы гравитации.

"Открытие фундаментальной силы абсолютно новой природы или новой элементарной частицы является Святым Граалем любого ученого" - рассказывает Константинос Петридис (Konstantinos Petridis), ведущий исследователь эксперимента LHCb, - "Подобные открытия или даже небольшие намеки на факт существования новых сил или частиц могут обеспечить прорывы, которые дадут нам ответы на все или часть фундаментальных вопросов".

 

[Аластар]

Ученые-физики, работающие на Большом Адроном Коллайдере, отмечают событие, связанное с долгожданным открытием оддерона (odderon), странной неуловимой частицы, которая появляется на очень короткое время при столкновениях высокоэнергетических протонов. Существование оддерона было теоретически предсказано в 1970-х годах, и только недавно ученым удалось накопить объем информации, которого стало достаточно для объявления полноценного истинного открытия.

Открытие оддерона расширяет наше понимание того, как устроена и как взаимодействует вся материя во Вселенной на самом маленьком уровне. В отличие от бозона Хиггса, который был официально обнаружен учеными Европейской организации ядерных исследований CERN в 2012 году, оддерон не является классической частицей. Это своего рода квазичастица, комплекс из связанных друг с другом трех глюонов, возникающий в результате столкновения высокоэнергетического протона и его антипода - антипротона.

Напомним нашим читателям, что глюоны - это субатомные частицы, которые "склеивают" в одно целое другие частицы, называемые кварками, в результате чего получаются всем известные протоны и нейтроны. Глюоны обладают одним необычным свойством - они никогда не появляются в одиночестве, практически всегда они формируют группы. Когда в такой группе находится четное количество глюонов (два, четыре и т.п.), эта квазичастица называется помероном (pomeron). А когда в группе насчитывается нечетное количество глюонов, то квазичастица называется оддероном.

В связи со множеством причин, большая часть которых является пока загадкой для ученых, оддероны возникают крайне редко. Некоторые намеки на существование оддеронов ученые получали в течение последнего десятилетия, но еще ни разу до последнего времени не было получено убедительных доказательств, которые могли обеспечить высокую достоверность результатов. И охота за оддероном продолжалась далее.

Как уже упоминалось выше, группе ученых-физиков удалось собрать и обработать данные, а результаты этой обработки достигли уровня статистической достоверности выше 5 сигма, порогового значения, при котором с уверенностью 99.99(9) % можно говорить о реальном открытии.

Объем накопленных и проанализированных данных был настолько велик, что если записать все эти данные на CD-диски и сложить их стопкой, то высота этой стопки превысила бы расстояние между Землей и Луной. К счастью для ученых весь необходимый для открытия набор данных был собран до того момента, когда из-за пандемии covid-19 были остановлены все работы и эксперименты, а обработка и анализ данных производились удаленным способом.

Открытие оддерона стало возможным, благодаря сравнению нескольких наборов данных. Некоторые из этих наборов были сделанных в ходе эксперимента D0 на ускорителе в Fermilab до его закрытия, а другие были собраны в 2015, 2019 и 2020 годах в ходе эксперимента TOTEM на Большом Адроном Коллайдере. Отметим, что в ходе экспериментов в Fermilab производились столкновения протонов и антипротонов, а на Большом Адроном Коллайдере, как известно, сталкиваются разогнанные до огромных энергий протоны.

И в заключении следует отметить, что данные, говорящие о реальном открытии оддерона, были получены учеными еще в прошлом году. Но ученые не торопились сразу делать столь громкие объявления и подключили к их работе другие группы исследователей, которые произведи дополнительный независимый анализ данных, к счастью, полностью подтвердивший полученные ранее результаты.

"Однако, наше открытие совсем не похоже на книгу, которую после прочтения можно закрыть, заявить, что мы были счастливы ее прочитать и забыть о ней" - пишут исследователи, - "В большинстве случаев в физике, когда вы находите что-то совершенно новое, означает то, что вы открыли двери в совершенно новые области науки и дальнейших исследований".