Физики достроили периодическую таблицу барионов

Открытые американскими физиками частицы являются барионами. Любой барион состоит из трех кварков, самых фундаментальных строительных блоков материи. Существует шесть различных типов кварков - верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Обнаруженные барионы состояли из двух верхних кварков и одного прелестного (конфигурация u-u-b) и из двух нижних кварков и одного прелестного (конфигурация d-d-b).

Для сравнения - протоны являются комбинацией кварков u-u-d, а нейтроны - d-d-u. Протоны и нейтроны также являются барионами (сильно взаимодействующими фермионами, имеющими значительную массу), однако новые сигма-частицы тяжелее протона в шесть раз. Можно сказать, что новые частицы являются экзотическими родственниками всем известных протонов и нейтронов, и в отличие от последних живут очень недолго и распадаются за доли секунды.

Обнаружение новых барионов физики считают большим успехом, который потребовал несколько лет напряженной работы. Исследования проводили на коллайдере Tevatron, самом мощном ускорителе частиц в мире. Коллайдер в лаборатории Ферми ускоряет протоны и антипротоны до скоростей, близких к скорости света. При их соударении энергия, в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна E=mc², преобразуется в массу.

Прелестные кварки (а именно они и приводят к формированию частицы Σ_b) образуются в этих столкновениях с весьма низкой вероятностью, поэтому физикам пришлось искать следы этих трудно уловимых частиц в миллиардах событий. Детектор частиц, введенный в строй в лаборатории Ферми несколько лет назад, позволяет проанализировать все эти события.

В эксперименте были обнаружены 103 частицы u-u-b, имеющие положительный заряд, и 134 d-d-d-частицы с отрицательным зарядом, сообщает PhysOrg. Чтобы обнаружить это совсем небольшое количество частиц, пришлось проанализировать результаты 100 триллионов столкновений протонов и антипротонов, которые наблюдались в течение последних пяти лет на ускорителе Tevatron. Частицы Σ_b образуются в двух различных состояниях в основном и возбужденном (со спинами 1/2 и 3/2 соответственно).

Открытие новых частиц приближает к пониманию того, каким образом кварки образуют материю, как сами кварки связаны между собой субатомными силами и как можно их разорвать. Американские физики считают, что это открытие позволяет завершить своеобразную периодическую систему барионов. Кроме того, с помощью экспериментов на коллайдере Tevatron физики смогли воссоздать условия, существовавшие на ранних этапах формирования Вселенной, когда экзотическая материя была преобладающей в первые моменты времени после Большого Взрыва.