Исследователи не предполагали, что столкновения одиночных протонов могут приводить к рождению сразу трех частиц, содержащих в себе "очарованный" кварк

Российские и зарубежные физики, работающие с детектором CMS в составе Большого адронного коллайдера, впервые зафиксировали формирование нескольких "троек" псионов, тяжелых нестабильных частиц, возникших в результате столкновений одиночных протонов. Результаты замеров ученых были опубликованы в статье в журнале Nature Physics.

"Мы обнаружили в данных с эксперимента CMS первые в истории свидетельства того, что столкновения пар протонов могут приводить к формированию "троек" псионов. За весь второй цикл работы БАК произошло лишь пять подобных событий, чье существование нам удалось однозначно подтвердить. Следы еще одного возможного рождения "тройки" псионов присутствуют в результатах наблюдений за потенциальными продуктами распадов этих частиц", - пишут исследователи.

Псионы представляют собой короткоживущие субатомные частицы, за чье случайное открытие в 1974 году американские физики Бертон Рихтер и Сэмьюэль Тинг получили в 1976 году Нобелевскую премию. Обнаружение псионов стало первым подтверждением существования так называемого "очарованного" кварка, что стало отправной точкой для начала новой эпохи в истории развития физики элементарных частиц.

По своей сути, псионы представляют собой пару из "очарованного" кварка и антикварка, соединенных друг с другом сильными ядерными взаимодействиями. Свойства этих частиц сейчас активно изучаются в рамках экспериментов на Большом адронном коллайдере. Также они являются одним из главных объектов интереса среди физиков, которые будут работать со строящейся российской установкой "Супер Чарм-Тау Фабрика", нацеленной на изучение свойств "очарованных" кварков и антикварков.

"Тройки" нестабильных частиц

Российские и зарубежные физики, работающие с детектором CMS в составе Большого адронного коллайдера, обнаружили первые свидетельства того, что столкновения частиц высоких энергий могут в очень редких случаях приводить к возникновению своеобразных "троек" псионов. Ученые совершили это открытие при анализе данных, которые датчики CMS собирали во время второго цикла работы БАК, который стартовал в 2015 году и завершился в конце 2018 года, когда коллайдер был остановлен для модернизации.

За это время, как отмечают исследователи, внутри кольца ускорителя частиц произошло свыше 100 млрд столкновений протонов, небольшая, но значимая часть которых привела к формированию псионов. Когда физики детально изучили историю и время появления данных частиц, они обнаружили, что 15 из них возникли в одной и той же точке и в одно и то же время. Следы еще одного схожего события ученые обнаружили в данных по распадам тех частиц, которые могут возникать в результате распадов псионов.

Открытие "троек" псионов стало неожиданностью для физиков ЦЕРН, так как исследователи не предполагали, что столкновения одиночных протонов могут приводить к рождению сразу трех частиц, содержащих в себе "очарованный" кварк. Возможность их открытия на БАК, однако, ранее предсказывалась российскими и швейцарскими физиками-теоретиками, которые изучали взаимодействия большого числа кварков при столкновениях одиночных протонов.

Подтверждение этих предсказаний, по мнению исследователей, открывает дорогу для поиска других "троек" частиц в старых и новых данных с БАК. Последующее изучение этих экзотических продуктов столкновения протонов, как надеются физики, позволит ученым понять, как выглядит внутренняя структура протона и как взаимодействуют друг с другом присутствующие в нем легкие "верхние" и "нижние" кварки.