Возвращаясь к LHC или Возбуждение «прелестного»
Приветствую Вас, господа соискатели ученой степени. Раз уж читаете этот пост, значит не чужда Вам физика и тайны мироздания. Во завернул! Итак, что-то я совсем от науки отошел, совсем не слежу за событиями в Black Mesa… на LHC, все больше у меня автомобилей, девушек, фильмов, а про БАК ни слова. Исправляюсь. Большой адронный коллайдер снова привлек мое внимание, и не просто так: физики, что трудятся на LHC, открыли новую частицу, точнее возбужденное состояние нейтрального «прелестного» кси-бариона, в котором он значительно тяжелее, чем в основном состоянии.
Барионами называют частицы, состоящие из трех кварков, в их число входят протон (два верхних (u) кварка и один нижний (d)) и нейтрон (два нижних и один верхний), из которых состоит весь наблюдаемый мир.
Кси-барионы состоят из одного верхнего или одного нижнего кварка и двух более тяжелых кварков. Нейтральный «прелестный» кси-барион состоит из одного верхнего, одного «странного» (s) кварка и одного «прелестного» (b) кварка. «Прелестный» и «странный» кварки заряжены отрицательно, величина заряда каждого из них составляет треть заряда электрона, а верхний кварк заряжен положительно на две трети заряда электрона. В результате частица в целом электрически нейтральна, при этом в ней присутствуют кварки всех трех поколений.
Кварк — фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии. Кварки являются точечными частицами вплоть до масштаба примерно 0,5·10−19 м, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона. Из кварков состоят адроны, в частности, протон и нейтрон. В настоящее время известно 6 разных «сортов» (чаще говорят — «ароматов») кварков — нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный, истинный. Кроме того, для калибровочного описания сильного взаимодействия постулируется, что кварки обладают и дополнительной внутренней характеристикой, называемой «цвет». Каждому кварку соответствует антикварк с противоположными квантовыми числами.
Кварки условно делятся на три поколения, в каждое из которых входит пара кварков. Кварки первого поколения — верхний и нижний — самые легкие и образуют стабильные частицы. Второе поколение образуют «странный» и «очарованный» кварки. Название «странный» один из них получил в наследство от «странных» частиц, космического излучения, в состав которых они входили. «Очарованными» (charme) кварки назвал физик Шелдон Глэшоу, который предсказал их существование в конце 1960 годов.
Наконец третье поколение — истинный (t) и прелестный (b) кварки — самые тяжелые. «Прелестный» кварк был открыт в 1977 году в Лаборатории имени Ферми, а «истинный» — в той же лаборатории в 1994 году. Эти названия они получили задолго до открытия от теоретиков, пытавшихся облегчить для публики понимание предмета их занятий. Оба они носят и другие названия — top (верх) и bottom (низ), поскольку они являются своего рода «логическими партнерами» самых легких кварков — верхнего и нижнего. Однако в русском языке укоренились варианты «прелестный» и «истинный», поскольку в нем нет пары подходящих синонимов для «верхний» и «нижний», как в английском.
Впервые нейтральный «прелестный» кси-барион был обнаружен физиками, работавшими на американском коллайдере Теватрон в июле 2011 года. Коллаборация CDF, работающая на одноименном детекторе ускорителя, измерила массу частицы, которая оказалась равна 5787,86 мегаэлектронвольт на квадрат скорости света (в физике частиц массу часто измеряют в единицах энергии — электронвольтах, 1 электронвольт соответствует 1,8 на 10 в минус 36-й степени килограммов, протон весит 938 мегаэлектронвольта, а электрон — 0,511 мегаэлектронвольта).
…к слову…
Министерство энергетики США из-за сложной финансовой ситуации отказалось продлить до 2014 года срок работы коллайдера Теватрон.
«К несчастью, нынешний бюджетный климат очень сложен, и дополнительное финансирование изыскать не удалось. Следовательно, работа Теватрона завершится в конце 2011 финансового года, как и планировалось ранее», — говорится в письме руководителя научного направления министерства Уильяма Бринкмана (William Brinkman).
Согласно оценкам руководства «Фермилаб», продление срока работы Теватрона, при условии что лаборатория «затянет пояса», потребовало бы дополнительно порядка 35 миллионов долларов в год на протяжении четырех лет. Однако и эти средства изыскать не удалось.
В пятницу, 30 сентября 2011 года в 15:30 по североамериканскому восточному времени (1 октября в 01:30 MSK) ускоритель был остановлен, и завершил свою работу. Для церемонии остановки ускорителя были установлены две кнопки — красная, прекращающая подачу в ускоритель протонов и антипротонов, и синяя — отключающая электроснабжение Тэватрона. Нажать кнопки доверили физику Элен Эдвардс.
Теперь физики с помощью одного из детекторов Большого адронного коллайдера — детектора CMS — обнаружили нейтральный «прелестный» кси-барион в возбужденном состоянии. Это означает, что эта частица состоит из того же набора кварков, что и найденный коллаборацией CDF кси-барион в основном состоянии, но имеет значительно большую энергию, а значит и большую массу.
Новое открытие позволит ученым лучше понять, как взаимодействуют кварки, и как формируется материя.
Измеренная на детекторе CMS масса возбужденного кси-бариона составила 5945,3 мегаэлектронвольта. Именно различие в массах позволяет физикам говорить об открытии не нового состояния, а новой частицы. Она была обнаружена в данных, собранных детектором CMS в 2011 году. Возбужденный нейтральный «прелестный» кси-барион — нестабильная частица. Она почти мгновенно распадается на другие частицы, оставляя, в конечном счете, протон, два мюона и три пиона. Данные о параметрах этих «результирующих» частиц и позволили ученым сделать выводы о рождении возбужденного кси-бариона.
Результаты исследования будут опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В процессе работы часто недоумение на тему «почему оно перестало работать» превращается в «а какого оно вообще работало»…
Метки: CMS, Large Hadron Collider, LHC, большой адронный коллайдер, прелестный кси-барион
Писано 05.06.2012
