Физици засякоха мистериозни X частици в „първичната супа“ за първи път

Мистериозни частици, за които се смята, че са съществували съвсем за кратко след Големия взрив, бяха засечени за първи път в „първичната супа“.

По-конкретно – в среда, наречена кварк-глуонна плазма, създадена в Големия адронен ускорител при сблъсъка на оловни йони. Там, сред трилионите частици, произведени от тези сблъсъци, физици успяват да откроят 100 от въпросните екзотични прашинки, известни като X частици.

„Това е едва началото на историята – казва физикът Йен-Джи Лий от Масачузетския технологичен институт и член на колаборацията CMS в ЦЕРН, Швейцария. – Показахме, че можем да открием сигнал. През следващите няколко години искаме да използваме кварк-глуонна плазма, за да изследваме вътрешната структура на X частиците – това би могло да промени начина, по който гледаме на типа материал, който Вселената би трябвало да произведе.“

Ранната Вселена, непосредствено след Големия взрив, не съдържа същите неща, които виждаме днес. Вместо това за около няколко милионни от секундата разполага с плазма, свръхнагрята до трилиони градуси и състояща се от елементарни частици, наречени кварки и глуони. Това е т.нар. кварк-глуонна плазма.

За по-малко от едно примигване плазмата се охлажда и частиците образуват протони и неутрони, които откриваме в нормалната материя днес. В рамките на този изключително кратък период от време обаче частиците в кварк-глуонната плазма се сблъскват, залепват една към друга и разделят в различни конфигурации.

Една от тези конфигурации представлява частица, която е толкова мистериозна, че нямаме представа как се е образувала. Това са т.нар. X частици и те са засичани изключително рядко в ускорителите на частици (и за твърде кратък период, че да могат да бъдат проучени).

От теоретична гледна точка обаче X частиците биха могли да се появят при много малки проблясъци на кварк-глуонната плазма, която физиците пресъздават в ускорителите на частици през последните години, а това от своя страна би могло да ни предостави по-добра възможност да ги разберем.

През 2018 г. в учени сблъскват положително заредени оловни атоми в Големия адронен ускорител с изключително високи скорости. Всеки един от тези приблизително 13 млрд. сблъсъка произвеждат поток от десетки хиляди частици. Т.е. данните, които потенциално трябва да се прегледат, са меко казано огромни.

„От теоретична гледна точка съществуват толкова много кварки и глуони в плазмата, че производството на X частици би следвало да е улеснено – казва Лий. – Но хората смятаха, че ще е твърде трудно да ги потърсим, тъй като тази кваркова супа е пълна с толкова много други частици.“

Въпреки че животът на X частиците е кратък, докато се разпадат, те образуват поток от частици с ниска маса. За да опростят процеса на анализ, учените разработват алгоритъм, който да може да разпознава конкретни характеристики на разпада на X частиците. След това вкарват данните от 2018 г. в  своя софтуер.

Алгоритъмът открива сигнал при специфична маса, което означава, че в данните съществуват около 100 X частици.

„Почти немислимо е, че можем да откроим 100 от тези частици в толкова голямо количество данни“, казва Лий.

На този етап данните не са достатъчни, че да научим повече за въпросните частици, но скоро това може и да се промени. Сега, когато знаем, как да търсим техни сигнатури, преправянето на бъдещи бази данни ще е далеч по-лесно. Това пък от своя страна означава, че с колкото повече информация разполагаме за тях, толкова повече неща ще разберем за естеството им.

Протоните и неутроните са изградени от по три кварка. Физиците смятат, че тези X частици са съставени от четири – или екзотични и тясно обвързани помежду си частици, известни като тетракварки, или нов тип слабо обвързани частици, изградени от два мезона, всеки от които съдържа два кварка. В първия случай разпадът ще е по-бавен.

„В момента данните ни са валидни и за двата случая, тъй като все още не разполагаме с още статистики“, казва Лий. През идните години обаче той смята, че ще може да открои правилния сценарий.

„Това ще разшири перспективата ни за тези частици, които в ранната Вселена са били произведени в изобилни количества“.

Изследването е публикувано в Physical Review Letters.

Източник: Science Alert